Modelado cinético y evolutivo del agrietamiento inducido por hidrógeno en acero de bajo carbono

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería mecánica
• Ciencia de la corrosión

Sus antecedentes:

• El agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) es un mecanismo crítico de falla en los aceros expuestos al hidrógeno.
• La comprensión de la cinética y la evolución del HIC es crucial para la integridad y la seguridad del material.
• Los modelos existentes a menudo simplifican los procesos de nucleación y interconexión de grietas.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y validar un modelo computacional para la cinética y la evolución de HIC.
• Para simular la nucleación de grietas individuales, el crecimiento y la interconexión.
• Para comparar las predicciones del modelo con los datos experimentales de HIC en acero de bajo contenido de carbono.

Principales métodos:

• Utilizó un modelo teórico para las tasas de crecimiento de grietas individuales.
• Se empleó un algoritmo de distribución de Poisson para la distribución espacial de los núcleos HIC.
• Aplicó el método de Monte Carlo para modelar la interconexión de grietas.
• Realizó experimentos de carga catódica para la inducción HIC.
• Se realizó un análisis fractográfico para determinar los mecanismos de fractura.

Principales resultados:

• El modelo computacional emuló con precisión la cinética de HIC, incluidas las etapas de nucleación, crecimiento e interconexión.
• Las predicciones del modelo se alinearon bien con los resultados experimentales de las pruebas de carga catódica.
• El examen fractográfico confirmó los mecanismos de escisión y cuasi escisión para la propagación de HIC.
• Se identificó el desgarro por corte dúctil como el mecanismo para la interconexión de grietas.
• Se confirmó que la presión interna de hidrógeno es la fuerza motriz para el crecimiento de HIC.

Conclusiones:

• El modelo desarrollado proporciona un marco sólido para comprender la evolución de HIC en los aceros.
• El estudio aclara el proceso de HIC en dos etapas: crecimiento de grietas individuales seguido de interconexión.
• Las tasas constantes de crecimiento de grietas en cada etapa se atribuyen a la presión interna de hidrógeno acumulada.