Introducción a la fragilización por hidrógeno

La fragilización por hidrógeno es el resultado de la absorción de hidrógeno por metales susceptibles, lo que resulta en la pérdida de ductilidad y reducción de la capacidad de carga. El estrés por debajo del límite elástico del material fragilizado puede provocar grietas y fallas frágiles catastróficas. La fragilización por hidrógeno también se conoce como agrietamiento inducido por hidrógeno o ataque por hidrógeno.

A temperatura ambiente, los átomos de hidrógeno pueden absorberse en la red metálica y difundirse a través de los granos. El hidrógeno absorbido puede estar presente en forma atómica o molecular combinada. Independientemente de la forma, los átomos o moléculas se combinan para formar pequeñas burbujas en los límites de los granos metálicos. Estas burbujas actúan como concentradores de presión, creando la presión entre los granos de metal. La presión puede aumentar a niveles en los que el metal tiene una ductilidad reducida, provocando la formación de grietas diminutas en el interior del material. El agrietamiento es intergranular. Es decir, la fisura crece a lo largo de los límites del grano metálico. (Para obtener más información sobre el tema, consulte Formación de ampollas de hidrógeno y fragilización por hidrógeno:causas y medidas preventivas).

En la siguiente figura 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 cromado fracturado. La imagen de la derecha muestra una imagen de microscopio electrónico de barrido de la superficie de fractura. La apariencia facetada de la superficie de fractura es indicativa de fractura intergranular. El perno se quebró durante el proceso de galvanoplastia de cromo.

Perno fracturado e imagen de microscopio electrónico de barrido de la superficie de fractura.

Hay tres factores necesarios para la falla debido a la fragilización por hidrógeno:

1. Un material susceptible
2. Exposición a un entorno que contiene hidrógeno
3. La presencia de tensiones de tracción debidas a tensiones residuales y/o aplicadas

El acero al carbono de alta resistencia y los aceros de baja aleación son las aleaciones más vulnerables a la fragilización por hidrógeno. Los aceros con una resistencia última a la tracción de menos de 1000 MPa o una dureza de menos de 30 HRC generalmente no se consideran susceptibles a la fragilización por hidrógeno. (Otro ejemplo se puede encontrar en el artículo Problemas de fragilización por hidrógeno con zinc:nueva guía discutida).

El hidrógeno entra y se difunde a través de una superficie metálica a temperatura ambiente o elevada. Esto puede ocurrir durante varias operaciones de fabricación y ensamblaje o uso operativo, en cualquier lugar donde el metal entre en contacto con hidrógeno atómico o molecular.

Los procesos que pueden conducir a la fragilización por hidrógeno incluyen el fosfatado, el decapado con ácido, la galvanoplastia y la soldadura por arco. Durante estos procesos, existe la posibilidad de absorción de hidrógeno por parte del material. Por ejemplo, durante la soldadura por arco, se libera hidrógeno de la humedad (por ejemplo, en el revestimiento de los electrodos de soldadura; para minimizar esto, se utilizan electrodos especiales de bajo hidrógeno para soldar aceros de alta resistencia).

Durante el uso, el hidrógeno puede introducirse en el metal como resultado de la corrosión, las reacciones químicas del metal con ácidos o con otros productos químicos, en particular, el sulfuro de hidrógeno en el agrietamiento por tensión del sulfuro.

En cuanto a la tensión que provoca la fractura, incluso la tensión residual dentro de un componente puede ser suficiente.

Los pasos que se pueden tomar para evitar la fragilización por hidrógeno incluyen reducir la exposición al hidrógeno, así como hornear después del enchapado y el otro procesamiento que conduce a la absorción de hidrógeno. El horneado permite que el hidrógeno se difunda fuera del metal. Si el horneado no es una opción, entonces el uso de aceros de menor resistencia y la reducción de la tensión residual y aplicada son formas posibles de evitar la fractura debido a la fragilización por hidrógeno. Estas pueden ser las mejores opciones para circunstancias que resultan en la absorción de hidrógeno mientras un componente está en servicio.

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El artículo y las imágenes aparecieron anteriormente en https://www.imetllc.com/acero-fragilizado-por-hidrógeno/ . Reimpreso con permiso. Copyright Metalúrgicos Industriales, LLC .