Estudio comparativo de la cinética de atrapamiento de hidrógeno y la susceptibilidad a la fragilización del acero inoxidable austenítico 316L fabricado y forjado mediante fabricación aditiva: influencia del posprocesamiento

La fusión selectiva por láser (SLM) es un método común dentro de las tecnologías de fabricación aditiva. La SLM puede emplearse para personalizar componentes mecánicos con geometría compleja, como codos y válvulas, que se espera que funcionen en atmósferas de hidrógeno gaseoso a alta presión. Sin embargo, aún se necesitan más estudios para caracterizar el comportamiento de los componentes mecánicos impresos destinados a funcionar en contacto con hidrógeno gaseoso.

Se sabe que el acero inoxidable 316L fabricado mediante fabricación aditiva presenta propiedades mecánicas superiores a las del acero convencional. Sin embargo, se puede inducir una mayor absorción de hidrógeno en el 316L SLMed debido a su mayor densidad de dislocaciones, inducida debido a las rápidas tasas de enfriamiento durante la solidificación. En consecuencia, las nuevas técnicas de producción, especialmente la fabricación aditiva, requieren la reevaluación de la susceptibilidad al hidrógeno de los aceros inoxidables austeníticos.

En este trabajo, se estudia el comportamiento microestructural y mecánico, en presencia de hidrógeno interno, de la serie forjada de 316L y las muestras de 316L fabricadas mediante adición tal como se construyen y después del tratamiento térmico. Experimentalmente, se utilizan experimentos de análisis de desorción térmica (TDA) y permeación electroquímica de hidrógeno (EP) para analizar la cinética de atrapamiento y difusión de hidrógeno, en las diferentes series. En este sentido, se comparan la concentración de hidrógeno, el coeficiente de difusión aparente de hidrógeno (Dapp), la densidad de trampas (NT) y las energías de activación de hidrógeno (Ea) atribuidas a la desorción de hidrógeno de varias singularidades microestructurales, entre las series analizadas.

El análisis de TDA se llevó a cabo en muestras precargadas de hidrógeno a alta temperatura. Además, se analiza el comportamiento mecánico a temperatura ambiente mediante ensayos de velocidad de deformación lenta (SSRT) en muestras de tracción lisas, precargadas en un reactor de hidrógeno de alta presión a 195 y 300ºC durante 24h. Se analizan en profundidad los mecanismos de fractura (HELP – Plasticidad localizada mejorada por hidrógeno- y HEDE – Decohesión mejorada por hidrógeno-) y los micromecanismos.

El daño por hidrógeno se observó especialmente en la serie forjada 316L (es decir, grado laminado en caliente y recocido), donde el micromecanismo de fractura cambió de dúctil en ausencia de hidrógeno a cuasi frágil en presencia de hidrógeno interno. En este caso, también se confirmó la presencia del mecanismo HELP (Plasticidad localizada mejorada por hidrógeno). Por otro lado, la resistencia HE mejoró en las muestras impresas, especialmente en la serie SLM 316L post-tratada térmicamente, donde el micromecanismo de fractura fue dúctil. Para explicar el impacto del hidrógeno interno en las propiedades mecánicas de la serie estudiada, se analiza el papel de la martensita inducida por deformación, el deslizamiento por dislocación, el maclado por deformación y las estructuras celulares.