Efecto de la fragilización por hidrógeno de metales sometidos a tensión
La fragilización por hidrógeno es un proceso físico-químico-metalúrgico en el que se desarrollan fenómenos de interacción química y difusión, que combinados con la naturaleza metalúrgica del sustrato sobre el que suceden, provocan cambios críticos en la capacidad de transmisión de carga de los elementos sometidos a tensión. Esto se traduce en fracturas catastróficas a tensiones inferiores a las que soporta el material en condiciones normales.
Si bien este fenómeno ocurre preferentemente en aceros al carbono o de baja aleación, hay otros metales y aleaciones susceptibles de sufrir este tipo de daños. Los fenómenos de fragilización por hidrógeno, sea cual sea su forma de expresarse, restringen de forma severa la aplicabilidad de ciertos materiales.
La interacción entre el hidrógeno y los metales, puede dar lugar a la formación de soluciones sólidas de hidrógeno en el metal, hidrógeno molecular, o productos gaseosos que se forman por la reacción entre el hidrógeno y los metales que forman la aleación.
Dependiendo del tipo de interacción entre el hidrógeno y el metal, el daño por hidrógeno puede manifestarse de diferentes maneras, todas ellas perjudiciales desde el punto de vista de comportamiento mecánico.
El origen del hidrógeno en la estructura de un componente puede provenir de los procesos de fabricación de la materia prima, así como de su procesado posterior, o puede haber sido incorporado al material durante su vida en servicio.
La mayoría de los procesos corrosivos a baja temperatura están causados por la llamada corrosión acuosa o húmeda, siendo en estas condiciones de mucha menor importancia la oxidación directa. La corrosión húmeda es debida a una acción de origen electroquímico, que a diferencia de la oxidación directa, no es homogénea en toda la superficie del metal.
El fenómeno corrosivo resulta de la formación de pilas eléctricas, en general microscópicas, que se constituyen entre diversas partes no idénticas de un metal. Estas micropilas, originan una corriente eléctrica local con la existencia de un flujo de electrones a través del metal entre la zona en donde se produce la oxidación (ánodo) y la zona de reducción (cátodo), pudiendo estar separadas ambas zonas desde distancias interatómicas a kilómetros.
Desde IK4-AZTERLAN se están desarrollando líneas de trabajo específicas para evidenciar de forma objetiva los mecanismos de fragilización por hidrógeno de determinados grados de acero.
Las dos vías de introducción de hidrógeno en el metal estudiadas en este momento son:
– El contacto del material metálico con un electrolito susceptible de aportar hidrógeno
– La protección catódica
Si bien hay ya ciertos ensayos normalizados para determinados componentes, IK4-AZTERLAN ha identificado las condiciones óptimas para evidenciar este modo de fallo. Al mismo tiempo, se han definido variables propias que ayudarán a evaluar la incidencia del mismo.
Las caracterizaciones que permiten su control son:
– Ensayos de tracción con baja velocidad de deformación en medios corrosivos.
Esta compleja caracterización permite medir el efecto que tiene el medio sobre nuestros materiales a través de parámetros relacionados con la pérdida de ductilidad.
– Ensayos de tracción a carga constante en medios corrosivos.
Este método evalúa la aparición de grietas o rotura de probetas.
Ambos métodos son comparativos y pretenden establecer de forma objetiva las limitaciones de uso de ciertos medios y condiciones para evitar fenómenos de fragilización por hidrógeno.
