M. Teresa Ferraz, Manuela Oliveira^*

^*INETI-DMTP, LCM – Laboratório de Caracterização de Materiais, Estrada do Paço do Lumiar, 1649-038 Lisboa teresa.ferraz@ineti.pt

Abstract. This paper details the analysis carried out on two failed bolts to find out the reason for failure, using macrofractography, optical metallography and scanning electron microscope (SEM) techniques. Usual measures to prevent such failures are also referred. Similar fractures occurred at the head to shank transition of the bolts during fastening, or afterwards, while waiting for delivery. Since failure occurred in a region where foreseen stresses were quite below yield strength and there was no evidence of mechanical deformation, embrittlement was suspected. SEM observation of the fracture surface crack initiation region showed areas of intergranular crack propagation indicating brittleness, and higher magnification observation showed hydrogen embrittlement features. The bolts, which microstructure was typically that of hardened and tempered steel, had been zinc electroplated and it is well known that hydrogen release concurs with zinc deposition. Moreover, the diffusion and accumulation of the hydrogen in metals is favoured by cold working, as is the case of the head to shank transition region.

Keywords: Hydrogen embrittlement, failure, steel, fractography, scanning electron microscopy

RESUMO: Este artigo apresenta a análise efectuada em dois parafusos fracturados, com o objectivo de determinar as causas da fractura, usando técnicas de macrofractografia, metalografia óptica e microscopia electrónica de varrimento. Também são referidas as precauções habituais para evitar este tipo de falha. As fracturas, semelhantes entre si, ocorreram na transição entre a cabeça e o corpo do parafuso, durante ou após a operação de aperto. Uma vez que as fracturas apareceram numa região em que as tensões previstas estariam bastante abaixo da tensão de cedência e não se observava deformação mecânica, a fragilização foi desde logo uma possível suspeita. A observação da superfície na zona de iniciação da fractura, por microscopia electrónica de varrimento, revelou zonas de propagação intergranular de fissuras, apontando para uma fragilização, sendo possível observar aspectos típicos de fragilização por hidrogénio a ampliações mais elevadas. Os parafusos, cuja microestrutura correspondia à de um aço temperado e revenido, tinham sofrido um tratamento superficial de zincagem. Sabe-se que, durante estes tratamentos, a libertação de hidrogénio compete com a deposição do zinco e, além disso, a difusão e acumulação do hidrogénio nos metais é favorecida pela deformação a frio, o que é precisamente o caso da zona de transição cabeça/corpo de um parafuso.

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REFERENCES

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