Resumen de Influencia de la microestructura en la permeación y en la fragilización por hidrógeno del acero 4140
La familia de aceros aleados de media y alta resistencia se ha desarrollado para reducir el peso e incrementar la seguridad de componentes que trabajan sometidos a altas tensiones, garantizando también una alta tenacidad a fractura y resistencia ante cargas cíclicas (fatiga). Sin embargo, estos aceros son susceptibles a la fragilización por hidrógeno cuando átomos de hidrógeno entran en la microestructura del acero, durante operaciones de decapado, recubrimientos electrolíticos en medios acuosos, protección catódica, corrosión en general e, igualmente, cuando prestan servicio en contacto con hidrógeno a alta presión. La absorción de hidrogeno causa una fragilización significativa en los aceros estructurales, que se caracteriza por una disminución drástica de sus propiedades mecánicas más importantes (resistencia a la tracción, alargamiento a tracción, tenacidad a fractura, velocidad de crecimiento de grieta por fatiga). Con objeto de entender, predecir y limitar la fragilización por hidrógeno es necesario caracterizar el comportamiento mecánico de estos aceros en presencia de hidrógeno interno.
En esta tesis se han realizado tratamientos térmicos de temple y revenido y diferentes tratamientos de normalizado y recocido sobre un acero estructural de media aleación (grado 4140) y se ha analizado primero su influencia en la microestructura y propiedades mecánicas fundamentales. A continuación, se ha estudiado la cinética de la permeación de hidrógeno a través de todas estas microestructuras. Se han determinado con precisión los coeficientes de difusión del hidrógeno aparentes y de red utilizando la metodología basada en el uso de transitorios ascendentes de permeación. También se han realizado ensayos de tracción sobre probetas lisas y sobre probetas entalladas, con carga simultánea de hidrógeno in situ, utilizando dos ambientes hidrogenados diferentes (carga electroquímica), determinándose los índices de fragilización correspondientes y los micromecanismos de fallo operativos en cada caso.
La fragilización por hidrógeno aumenta al hacerlo la resistencia y la dureza del acero. Por otro lado, las microestructuras de martensita revenida (tratamientos térmicos de temple y revenido) se comportan mejor que las microestructuras ferrito-perlíticas y bainíticas (respectivamente generadas en tratamientos de recocido y de normalizado) cuando se aplica la carga mecánica al mismo tiempo que se introduce el hidrógeno en la probeta objeto de ensayo.
El objetivo último de esta investigación ha sido definir la microestructura más adecuada del acero 4140 de cara a asegurar un desempeño fiable y seguro del acero bajo cargas mecánicas en contacto con hidrógeno.
