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Hormigon y acero 2016;67:325-32 - DOI: 10.1016/j.hya.2016.01.002
Original
Cálculo de la velocidad de propagación de la fisura debido a fragilización por hidrógeno
Calculation of the crack propagation rate due to hydrogen embrittlement
Javier Sáncheza,, , Álvaro Ridruejob, Eduardo Muñoza, Carmen Andradea, José Fulleaa, Pedro de Andresc
a Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETcc-CSIC), Madrid, España
b Departamento de Ciencia de Materiales, Universidad Politécnica de Madrid, E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos, Madrid, España
c Instituto de Ciencias de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC), Cantoblanco, Madrid, España
Recibido 23 abril 2015, Aceptado 15 enero 2016
Resumen

La durabilidad de los aceros de alta resistencia en medios agresivos está condicionada por la fragilización por hidrógeno. La fragilización por hidrógeno está presente en muchos de los fallos de estructuras o componentes de acero. En estudios anteriores se ha mostrado el efecto del hidrógeno intersticial dentro de la red de hierro a nivel atómico, y se concluía que el hidrógeno no establece enlace químico con el hierro pero introduce tensiones internas que debilitan los enlaces hierro-hierro y disminuyen la tenacidad de fractura. En el presente trabajo se ha simulado la propagación de una fisura en una matriz de hierro en presencia de hidrógeno. Se han acoplado factores como el transporte de hidrógeno, los gradientes de tensiones y la variación de la tenacidad de fractura en un modelo multifísico de elementos finitos. El comportamiento en fractura se ha simulado mediante dos leyes cohesivas, una lineal y otra polinómica. Los resultados muestran que existe una influencia de la ley cohesiva sobre la propia velocidad de propagación de la fisura y el perfil de concentración de hidrógeno.

Abstract

The durability of high strength steels in aggressive media is determined by the presence of hydrogen, in particular hydrogen embrittlement processes. Hydrogen embrittlement is present in many of the failures of structures made with steel components. The effect of interstitial hydrogen within the network of iron has been investigated in previous studies at the atomic level. It is concluded that the main role of hydrogen is not to establish chemical bonds with iron atoms, but to introduce internal stresses that weaken the interactions between iron atoms and decrease fracture toughness. In this work, the spread of a crack has been stimulated inside a matrix of iron in the presence of hydrogen. Hydrogen transport, stress distributions, and the evolution of fracture toughness were analysed together in a multi-physics finite element model. The behaviour in the fracture was simulated using two different models for the cohesive law, one lineal and the other polynomial. Results show that the choice for the cohesive law influences the crack propagation rate and the hydrogen concentration profiles.

Palabras clave
Fragilización por hidrógeno, Acero, Velocidad de propagación de la fisura, Simulación multifísica
Keywords
Hydrogen embrittlement, Steel, Crack propagation rate, Multiphysics calculation
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Artículo

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