UNIVERSIDAD NACIONAL JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICA

RESUMENEl hidrgeno degrada metales y aleaciones puede provocar el colapso de una estructura para niveles de carga que son muy bajos cuando se los compara con los que pueden ser soportados por materiales libres de hidrgeno. El resultado generalmente es una FRACTURA CATASTROFICA de naturaleza frgil y que ocurre inesperadamente en algunos casos luego de mucho tiempo en servicio. Esa es una de las mayores causas de fallas en la industria del petrleo y del gas. Con desarrollo de este artculo de revisin se presentan los principales fundamentos tericos de la interaccin del hidrgeno con el acero que son la base para estudiar el comportamiento, caractersticas y mecanismos de falla del acero por efecto de este elemento. El conocimiento generado permite profundizar los conceptos qumicos, termodinmicos y metalrgicos relacionados con la influencia del hidrgeno sobre el acero. INTRODUCCION

En metalurgia, los problemas del efecto del hidrgeno sobre las propiedades mecnicas de los aceros implican fenmenos como la fragilizacin, la fractura retardada o la fatiga esttica, la corrosin bajo tensin, el ampollamiento, el descascaramiento o la exfoliacin.La fragilizacion se produce por un proceso de adsorcin y difusin del hidrgeno cuando este se incorpora a la red cristalina de forma permanente o temporal, en la superficie de los metales o aleaciones metlicas se presentan reacciones qumicas, que disocian la molcula de hidrgeno y posibilitan su penetracin en la estructura del metal. Los tomos de hidrgeno se mueven hacia su interior por difusin en estado slido.FRAGILIZACION POR HIDROGENO

Aunque tcnicamente no es un fenmeno decorrosin, lafragilizacin por hidrgenose produce mediante reaccin qumica, y es de gran importancia para los productos decobrey sus aleaciones derivadas.

Un cobre que contieneoxgenoy se vea sometido aelevadas temperaturas en presencia dehidrgeno, es susceptible de verse afectado por el fenmeno de lafragilizacin. Esto es debido al reducido radio atmico del hidrgeno, que favorece, junto al aumento de temperatura, a la difusin de ste en el cobre. Una vez difundido dentro del cobre, se produce una reaccin parcial:Cu2O + H2 => 2Cu H2OEl hidrgeno reduce elxido de cobre, y se formavapor de aguadentro de la estructura cristalina. ste no es soluble y el tamao de la molcula impide su difusin fuera de la estructura cristalina del cobre. Debido a la elevada temperatura y el volumen de las molculas contenidas el cobre se ve sometido a elevadsimas presiones internas. Eso deriva a una relajacin estructural y sobre todo a la separacin del material en los lmites de grano. ste cobre resulta inservible para un trabajo posterior.La fragilizacin por hidrgeno es especialmente catastrfica debido a la naturaleza de la falla originada. Dicha fractura frgil sucede a tensiones muy pequeas (en comparacin a las que seran necesarias en ausencia de hidrgeno) y tienen un perodo de incubacin extremadamente variable que la hace prcticamente imposible de predecir.El hidrgeno siendo el tomo ms pequeo de todos los elementos, puede ser introducido con facilidad en la microestructura de un material durante un proceso de manufactura, por ejemplo durante la colada, soldadura, limpieza de una superficie con agentes qumicos, maquinado con electroerosin, tratamiento trmico, galvanizado, etc., como tambin puede ser introducido por el medio ambiente mediante un electrolito o por vapor de agua como es el caso de soldadura. De tal manera que el hidrgeno atmico que llega a la punta de una grieta puede provenir de una de las tres fuentes posibles de suministro: a) gaseosa, b) vapor de agua y

c) de un electrolito. La figura 01 muestra esquemticamente las etapas de cada proceso segn su fuente de origen.

Figura N01: Comportamiento del hidrogeno en un materialLa fragilizacin es ms probable:

1. Cuandoms altosea elcontenido en oxgeno del cobre2. Cuandoms altosea elcontenido de hidrgenoen la atmsfera

3. Cuandoms altaseala temperatura de recocido4. Cuandoms largoseael tiempo de recocidoUn recocido a 500C durante 1,5 h con atmsfera controlada del 2% de hidrgeno todava es un perodo factible para que un cobre con oxgeno no resulte afectado por lafragilizacin.

Sin embargootros factorespueden influir de forma indirecta la presencia de hidrgeno en la atmsfera, como por ejemplo, ladisociacin del vapor de aguaohidrocarburos(restos grasos) en molculas de hidrgeno debido a las elevadas temperaturas.

El riesgo de sufrirfragilizacin por hidrgenoaumenta sobre todo al hacer soldadura blanda o por gascon cobres que contienen oxgeno. Para evitar problemas debe ajustarse el gas o atmsfera de los quemadores para que sea neutral o ligeramente oxidante.

Figura N02: Microestructura de un cobre (K32, izquierda) fragilizado por la presencia de hidrgeno, en contraste con un cobre resistente a este fenmeno (K09, derecha) despus de ambos ser sometidos a un recocido a 850C durante 30 minLa fragilizacin por hidrgeno puede restringir el uso de varios metales y aleaciones ya que se presenta degradacin de las propiedades mecnicas como resultado del ingreso de hidrgeno en el material. Cuanto mayor sea la resistencia mecnica de la aleacin mayor es la susceptibilidad a la fragilizacin por hidrogeno.CORROSION DE FRACTURA POR TENSINLa accin conjunta de un esfuerzo de tensin y un medio ambiente corrosivo, dar como resultado en algunos casos, la fractura de una aleacin metlica. La mayora de las aleaciones son susceptibles a este ataque, pero afortunadamente el nmero de combinaciones aleacin corrosivo que causan este problema, son relativamente pocas. Sin embargo, hasta la fecha, este es uno de los problemas metalrgicos ms serios. Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en fro, soldadura, tratamiento trmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operacin del equipo.

Diferencias entre fragiizacin por hidrogeno y corrosin de fractura por tensin

El trmino de fragilizacin por hidrgeno se confunde frecuentemente con la corrosin de fractura por tensin, debido a que el hidrgeno desempea una funcin en algunos casos de sta y para distinguir la fragilizacin por hidrgeno de la corrosin de fractura por tensin, es conveniente juzgar los siguientes conceptos:1. La fractura debido al hidrgeno introducido en el metal sin corrosin de ste, por ejemplo, en la proteccin catdica, no es definitivamente corrosin de fractura por tensin.2. La fractura debido al hidrgeno producida por una alta velocidad de corrosin uniforme como en el decapado, tampoco es corrosin de fractura por tensin porque no se necesita tener un esfuerzo mientras el hidrgeno se produce y la fractura se presenta posteriormente cuando la tensin es aplicada despus de la reaccin corrosiva con liberacin de hidrgeno.3. Cuando el hidrgeno se produce por corrosin local en una fractura o picadura sobre un metal sometido a esfuerzo de tensin y resulta una propagacin en la fractura, entonces s se considera que la corrosin pertenece al tipo de corrosin de fractura por tensin.COMO PREVENIR LA FRAGILIZACION POR HIDROGENO Fragilizacin hidrgeno es el proceso en el que los tomos de hidrgeno reaccionan con los metales.Hay dos formas: internos y ambientales. Fragilizacin por hidrgeno interna se produce cuando el metal es fundido y reacciona con hidrgeno. Ambiental ocurre cuando el metal slido absorbe hidrgeno. Esto conduce a grietas, formacin de ampollas y la reduccin de la ductilidad que es la capacidad de metal para ser estirado de alambre o en lminas muy finas. Reducir o evitar el material de produccin de hidrgeno durante el procesamiento del metal. Ciertas actividades como el decapado con cido, la limpieza electroqumica, la galvanoplastia, la humedad en moldes de fundicin y la humedad en los hornos durante el tratamiento trmico pueden llevar a la fragilizacin por hidrgeno. Estos pueden incluir el uso de cido, electroqumica y los materiales que estn diseados para liberar los bajos niveles de hidrgeno durante el proceso de galvanoplastia. Control y eliminar tensiones desde el metal antes de su procesamiento. Las tensiones residuales , tales como resistencia a la traccin y compresin fuerzas adicionales pueden conducir a reacciones de hidrgeno adicionales dentro del metalDAOS CAUSADOR POR HIDROGENOEl dao por hidrgeno es un trmino general que se refiere al dao mecnico de una aleacin por la presencia o interaccin con el hidrgeno. Este dao puede clasificarse en tres categoras:

a) Formacin de ampollas

b) Ataque por el H2 a temperaturas elevadas

c) DecarburizacinFORMACIN DE AMPOLLAS.

Formacin de ampollas por hidrgeno puede ocurrir cuando el hidrgeno penetra al acero como resultado de la reaccin de reduccin sobre un ctodo metlico. El in H+ se difunde en la aleacin y cuando encuentra otro in similar reacciona produciendo H2 , esta molcula no puede difundirse a travs de la aleacin y queda atrapada en alguna inclusin o grieta desarrollando una presin tal que es capaz de romper los enlaces y causar la rotura del metal.

Se da segn la reaccin:

H+ + H+ http://www.analisisdefractura.com/da%C3%B1o-hidrogeno.htmhttp://bueno-saber.com/aficiones-juegos-y-juguetes/ciencia-y-naturaleza/factores-que-influyen-en-la-fragilizacion-por-hidrogeno.phpseguir completando del link anteriorATAQUE POR H2 A TEMPERATURAS ELEVADAS

El ataque por hidrgeno a temperaturas elevadas se refiere a la reaccin entre el hidrgeno con algn componente de la aleacin. La reaccin del hidrgeno con Fe3C para formar metano es probablemente la reaccin qumica ms importante que ocurre en el ataque del H2 al acero. La reaccin que tiene lugar es:

CONCLUSIONLa fragilizacin por hidrgeno es un proceso fsico-qumico-metalrgico en el que se desarrollan fenmenos de interaccin qumica y difusin, que combinados con la naturaleza metalrgica del sustrato sobre el que suceden, provocan cambios crticos en la capacidad de transmisin de carga de los elementos sometidos a tensin. Esto se traduce en fracturas catastrficas a tensiones inferiores a las que soporta el material en condiciones normales.

Si bien este fenmeno ocurre preferentemente en aceros al carbono o de baja aleacin, hay otros metales y aleaciones susceptibles de sufrir este tipo de daos. Los fenmenos de fragilizacin por hidrgeno, sea cual sea su forma de expresarse, restringen de forma severa la aplicabilidad de ciertos materialesBIBLIOGRAFIA

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