La fragilización por hidrógeno es la pérdida de ductilidad de un metal y la reducción de la capacidad de carga debido a la absorción de átomos o moléculas de hidrógeno por el metal. El resultado de la fragilización por hidrógeno es que los componentes se agrietan y fracturan a tensiones menores que el límite elástico del metal.
Proceso de fragilización
A temperatura ambiente, los átomos de hidrógeno pueden ser absorbidos por las aleaciones de acero al carbono. El hidrógeno absorbido puede estar presente en forma atómica o molecular. Con el tiempo suficiente, el hidrógeno se difunde a los límites de los granos de metal y forma burbujas en los límites de los granos de metal. Estas burbujas ejercen presión sobre los granos de metal. La presión puede aumentar a niveles en los que el metal tiene una ductilidad y resistencia reducidas.
Situaciones que conducen a la absorción de hidrógeno.
El hidrógeno puede entrar y difundirse a través del acero incluso a temperatura ambiente. Esto puede ocurrir durante varias operaciones de fabricación y ensamblaje o durante el uso operativo, en cualquier lugar donde el metal entre en contacto con hidrógeno atómico o molecular.
Los procesos para los que existe la posibilidad de absorción de hidrógeno incluyen el decapado con ácido y la galvanoplastia. El hidrógeno está presente en los baños de decapado ácido. Durante la galvanoplastia, se produce hidrógeno en la superficie del metal que se está recubriendo. El decapado con ácido se utiliza para eliminar las incrustaciones de óxido de la superficie del acero y la galvanoplastia se utiliza comúnmente para depositar zinc en tuercas, pernos, tornillos y otros sujetadores de acero para proteger el acero contra la corrosión galvánica. Otros recubrimientos galvanizados se utilizan para diferentes aplicaciones.
La absorción de hidrógeno también puede ocurrir cuando un componente está en servicio si el acero está expuesto a ácidos o si ocurre corrosión del acero.
Fractura intergranular
En las figuras siguientes se muestra un ejemplo de falla debido a la fragilización por hidrógeno. La imagen de la izquierda muestra una vista macroscópica de un perno de acero cincado y fracturado. La imagen de la derecha muestra una imagen de microscopio electrónico de barrido de la superficie de la fractura. En esta imagen se pueden ver los granos individuales en la superficie de la fractura del metal, lo que es indicativo de fractura intergranular. El perno se volvió quebradizo durante el proceso de galvanoplastia de zinc.
El agrietamiento intergranular ocurre cuando se forman grietas y crecen a lo largo de los límites de grano debilitados en un metal. En el caso de la fragilización por hidrógeno, las burbujas de hidrógeno en los límites de los granos debilitan el metal.
Requisitos para fallas por fragilización por hidrógeno
Hay tres requisitos para fallar debido a la fragilización por hidrógeno:
Un material susceptible.
Exposición a un ambiente que contiene hidrógeno.
La presencia de tensión de tracción en el componente.
Los aceros de alta resistencia con una resistencia a la tracción superior a aproximadamente 145 ksi (1000 MPa) son las aleaciones más vulnerables a la fragilización por hidrógeno.
Como se mencionó anteriormente, la exposición al hidrógeno ocurre durante los pasos del proceso de acabado de la superficie, como el decapado con ácido y la galvanoplastia y durante el servicio si el acero está expuesto a ácidos o si se produce corrosión.
En cuanto a la tensión que provoca la fractura, incluso la tensión residual de tracción dentro de un componente puede ser suficiente para provocar el fallo de un material quebradizo.
Prevención de la fragilización por hidrógeno
Los pasos que se pueden tomar para evitar la fragilización por hidrógeno incluyen reducir la exposición al hidrógeno y el horneado después de la galvanoplastia u otros procesos que conducen a la absorción de hidrógeno. La fragilización por hidrógeno de los componentes galvanizados se puede prevenir horneándolos a 375 a 430 ° F (190 a 220 ° C) unas pocas horas después del proceso de galvanoplastia. Durante la cocción, el hidrógeno se difunde fuera del metal.
Para aplicaciones donde habrá absorción de hidrógeno mientras un componente está en servicio, el uso de aceros de menor resistencia y la reducción de la tensión residual y aplicada son formas de evitar la fractura debido a la fragilización por hidrógeno.
Evaluación de la fragilización por hidrógeno
Finalmente, existen pruebas que se pueden realizar para evaluar si el procesamiento conduce a la fragilización del acero por hidrógeno. Aquí hay dos de esas pruebas:
Método de prueba estándar ASTM F1940 para la verificación del control de procesos para prevenir la fragilización por hidrógeno en sujetadores revestidos o enchapados
Método de prueba estándar ASTM F519 para la evaluación de la fragilización mecánica por hidrógeno de procesos de recubrimiento y entornos de servicio
Fuente: imetllc
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