Resumen de Numerical reinterpretation of hydrogen permeation tests with residual stresses and consequences in crack modelling

Andrés Díaz Portugal, Jesús Manuel Alegre Calderón, Isidoro Iván Cuesta Segura

• español

  La fragilización por hidrógeno implica diferentes mecanismos físicos entorno a la punta de grieta y requiere un esfuerzo de modelización para predecir las condiciones críticas de agrietamiento inducido por hidrógeno. La caracterización experimental de las trampas de hidrógeno muestra aún limitaciones en la interpretación de parámetros, especialmente de densidades y energías de trampas. La permeación electroquímica es uno de los métodos más habituales para obtener dichos parámetros y ha sido extensamente utilizada para evaluar la relación entre deformación plástica y densidad de trampas. No obstante, incluso en probetas laminadas se suele despreciar la presencia de tensiones residuales. Esta hipótesis es reconsiderada en un análisis de elementos finitos en el que se reproduce un ensayo de permeación, introduciendo las distribuciones de tensiones residuales como condiciones iniciales. La forma de estas distribuciones y su gradiente provocan una desviación en la estrategia analítica de mapeado para ajustar de manera inequívoca densidades de trampas y energías de atrapamiento. Los resultados indican que los valores ajustados mediante un mapeado analítico sin considerar tensiones residuales no pueden ser usados para reproducir de manera realista las concentraciones de hidrógeno en punta de grieta.

• English

  Hydrogen embrittlement involves different physical mechanisms around the crack tip, requiring a substantial modelling effort to predict critical conditions for hydrogen assisted cracking. However, the experimental characterisation of hydrogen traps still poses challenges in the interpretation of parameters, especially trap densities and energies.

  Electrochemical permeation is the most common method to obtain these parameters, and it has been extensively used to assess the relationship between plastic strain and trap density. However, even in cold rolled specimens the presence of residual stresses is usually neglected. This hypothesis is reconsidered in a finite element analysis in which a permeation test is reproduced, introducing the residual stress distributions as initial conditions. Due to the stress-drifted diffusion, the shape of these residual distributions produces a deviation in the analytical mapping strategy that is used to unequivocally determine trap densities and binding energies. The results indicate that the values fitted through an analytical mapping without considering residual stresses cannot be used to realistically reproduce the hydrogen concentrations near a crack tip.