La fragilización por hidrógeno es un modo de falla típico del acero de alta-resistencia. Los átomos de hidrógeno libres que penetran en la matriz del acero se acumulan en los defectos internos, en los límites de los granos y en las regiones de concentración de tensiones, provocando un fuerte aumento de las tensiones internas locales. Cuando la tensión concentrada inducida por hidrógeno- excede el límite de resistencia local del acero, se inician microfisuras irreversibles dentro del material. Después de la formación y el servicio de los pernos, bajo el efecto de acoplamiento de la tensión residual interna y la tensión de trabajo externa, estas microfisuras continúan propagándose y eventualmente conducen a una fractura frágil repentina.
La fragilización por hidrógeno es irreversible. Sólo se puede prevenir mediante el control del proceso y de las condiciones de trabajo, en lugar de eliminarlo mediante un tratamiento posterior-. Por lo tanto, una comprensión clara de los factores inductores de la fractura por fragilización por hidrógeno es esencial para evitar fundamentalmente tales fallas. Las principales causas de la fragilización por hidrógeno en pernos de acero aleado incluyen la penetración de hidrógeno durante el decapado, el hidrógeno residual durante la fundición, la absorción de hidrógeno en los entornos de servicio y la fractura frágil retardada inducida por hidrógeno-.
1. Penetración de hidrógeno durante los procesos de decapado
Los procedimientos de pre-tratamiento, incluidos el decapado, la fosfatación, la saponificación y la galvanoplastia, son las principales fuentes de intrusión de hidrógeno durante la fabricación de pernos. Entre estos procesos, el decapado y el fosfatado presentan el comportamiento de desprendimiento y penetración de hidrógeno más significativo. Durante el tratamiento de fosfatación, el medio ácido forma numerosas microcélulas galvánicas entre las estructuras de hierro y carbono del acero. Se forma una densa película de fosfato en la superficie de la pieza de trabajo en el ánodo, mientras que en el cátodo se producen reacciones severas de desprendimiento de hidrógeno, generando una gran cantidad de átomos de hidrógeno activos.
Los átomos de hidrógeno recién generados presentan un volumen pequeño y una alta actividad, lo que les permite penetrar fácilmente la superficie del acero y permanecer dentro de la matriz. La penetración del hidrógeno en el proceso durante la fabricación es la causa principal de la fractura por fragilización del hidrógeno enpernos de acero de aleación.
2. Eliminación incompleta de hidrógeno durante la fundición
Durante la fundición de acero aleado, las materias primas, el gas del horno y los medios de refrigeración introducen trazas de hidrógeno. Restringidos por la temperatura de fundición, el entorno del horno, los procesos de desgasificación y el control del proceso, los átomos de hidrógeno en el acero fundido no se pueden eliminar por completo, dejando una cierta cantidad de hidrógeno residual en la matriz del acero.
El hidrógeno residual reduce la fuerza de unión de los límites de los granos de acero y aumenta la fragilidad estructural. Durante el tratamiento térmico posterior, el tratamiento en frío y la carga de servicio, acelera la iniciación y propagación de microfisuras y aumenta significativamente el riesgo de fractura por fragilidad por hidrógeno.
3. Absorción de Hidrógeno de Ambientes de Servicio Externos
Cuando los pernos funcionan en entornos húmedos, lluviosos o corrosivos a largo plazo-, se producen reacciones electroquímicas en la superficie del perno provocadas por la humedad y los medios corrosivos. Estas reacciones generan continuamente átomos de hidrógeno activos que penetran en la matriz del perno.
En ambientes lluviosos, con alta{0}}humedad y niebla salina intensa, los pernos absorben hidrógeno a un ritmo más rápido con una mayor acumulación de hidrógeno, lo que resulta en una probabilidad mucho mayor de fractura por fragilización del hidrógeno en comparación con condiciones de trabajo secas.
4. Fractura frágil retardada inducida por hidrógeno-
Este es el modo de falla central de la fragilización por hidrógeno. El hidrógeno residual libre dentro de la matriz del perno se acumula continuamente en las zonas de concentración de tensiones bajo la acción combinada de la tensión de precarga residual y la carga operativa alterna. El enriquecimiento con hidrógeno reduce en gran medida la tenacidad a la fractura del material y promueve la lenta propagación de microfisuras inherentes, lo que eventualmente causa una fractura frágil retardada sin síntomas obvios previos a la falla. Es un modo típico de falla repentina de bajo-estrés.
Medidas de prevención de la fragilidad por hidrógeno
Fragilización por hidrógeno depernosse basa principalmente en la prevención. En la producción y aplicación reales, las materias primas de baja -sensibilidad al hidrógeno- se seleccionarán según los grados de resistencia de los pernos y las condiciones de servicio. Se deben optimizar procesos clave como el tratamiento térmico, el decapado, el fosfatado y la galvanoplastia, junto con un estricto tratamiento de deshidrogenación y un control completo de la calidad del proceso. Medidas de prevención integrales que abarquen la selección de materias primas, la fabricación, el tratamiento de superficies, el montaje y la operación pueden eliminar eficazmente los riesgos de fragilización por hidrógeno.
