Resumen de Modelización de la anisotropía en la fractura entallada asistida por hidrógeno en un acero inoxidable dúplex

Andrés Díaz Portugal, Rubén Rodríguez Aparicio, Luis Medina Herrero, Luis Borja Peral Martínez, Jesús Manuel Alegre Calderón, Isidoro Iván Cuesta Segura

• español

  En el presente trabajo se presenta la modelización de la difusión y fractura asistidos por hidrógeno en un acero inoxidable dúplex con una microestructura ferrítico-austenítica. Este modelo se ha implementado en el software de elementos finitos Comsol Multiphysics e incluye una formulación de fractura phase field. El modelo se ha calibrado mediante ensayos in situ con probetas de tracción entallada de un acero 2205 laminado, en un ambiente de H2 gas a presión a diferentes presiones y en dos orientaciones. La capacidad del modelo de predecir fracturas dúctiles ha permitido ajustar mediante un modelo axisimétrico no solo las energías de fractura sino también la contribución del daño plástico en cada orientación. Los valores de difusividad y atrapamiento se asumen de la literatura y la degradación se ajusta mediante una expresión en función de la ocupación de las intercaras ferrita/austenita. A pesar de la reducida distancia de difusión, la alta degradación de las intercaras produce una iniciación temprana de daño en la punta de entalla. La descohesión es más pronunciada en la orientación transversal por lo que el coeficiente de degradación es mayor. Finalmente se muestra la capacidad del modelo desarrollado para capturar la fractura anisótropa en 3D.

• English

  In the present work, hydrogen diffusion and hydrogen-assisted fracture modelling is presented for a duplex stainless steel with a ferritic-austenitic microstructure. This model has been implemented in the finite element software Comsol Multiphysics and includes a phase field fracture formulation. The model has been calibrated through in situ tests with notched tensile specimens of a hot-rolled 2205 steel, in a H2 gas environment at different pressures and two orientations. The capability of the model to predict ductile fractures enables the determination of fracture energies but also of the contribution of plastic damage in each orientation, using an axisymmetric model. Diffusivity and trapping values are assumed from the literature and the degradation is fitted using an expression based on the occupation of the ferrite/austenite interfaces. Despite the reduced diffusion distance, the high interface degradation produces an early initiation of damage at the notch tip. Decohesion is more pronounced in the transverse orientation and thus the degradation coefficient is greater. Finally, the capacity of the developed model to capture the anisotropic fracture in 3D is shown.