Estimación de parámetros de daño por fractura dúctil de acero 300M de ultra alta resistencia recubierto de Zn-Ni utilizando un modelo de elementos finitos

Se investigan recubrimientos de aleación de zinc-níquel como posible sustituto de los recubrimientos a base de cadmio debido a las preocupaciones sanitarias y ambientales asociadas con estos. El proceso de recubrimiento de Zn-Ni conlleva la producción de hidrógeno. Este hidrógeno se almacena principalmente en la interfaz metal-recubrimiento y, durante la aplicación de la pieza, puede difundirse hacia el interior del metal y causar fragilización por hidrógeno. Esta fragilización por hidrógeno en aceros de ultra-alta resistencia (UHSS) es perjudicial para su aplicación, ya que provoca la degradación de las propiedades y el retardo del agrietamiento. Aunque se emplean etapas de desgasificación para eliminar el hidrógeno del acero, aún puede quedar hidrógeno residual en él y, durante la vida útil de la pieza, cabe esperar la penetración de hidrógeno, lo que también puede provocar fragilización por hidrógeno.

En este trabajo, se propone un modelo numérico para investigar el desarrollo de tensiones y la concentración de hidrógeno en una pieza de UHSS recubierta de Zn-Ni. El modelo propuesto, que incluye el transporte de hidrógeno en el recubrimiento y el sustrato metálico, combina la distribución de hidrógeno con un modelo de mecánica de daños continuos. La geometría de los dominios de simulación del recubrimiento se desarrolló directamente a partir de micrografías del mismo, lo que facilitó el estudio de los efectos de la morfología del recubrimiento en el comportamiento de la estructura metal-recubrimiento. También se exploran los aspectos de la interfaz metal-recubrimiento. Las diferentes condiciones del recubrimiento generan morfologías contrastantes, y la cantidad de hidrógeno generado también varía. El modelo compensará esto implementando distintas condiciones iniciales. Los resultados de la simulación se comparan con los resultados experimentales de ensayos de tracción y de impacto Charpy, y se calibran los parámetros del modelo de daños.