Fragilización por hidrógeno

El diagnóstico de un fallo de fragilización por hidrógeno en un componente metálico, resulta muchas veces relativamente sencillo, en comparación con la enorme transcendencia que generalmente implica el mismo.

Cuando un análisis determina que se trata de componentes fabricados en acero de alto límite elástico, y que tras un corto periodo de montaje, han aparecido varios elementos rotos (modo de fallo designado como “rotura diferida”), el campo de posibilidades se reduce de forma drástica a una única alternativa. Basta entonces con verificar que la rotura presenta carácter intergranular para confirmar la hipótesis, y en la mayoría de los casos, emitir el diagnóstico. En ocasiones es muy difícil para el analista plantear ensayos adicionales que aporten información válida para corroborar y probar más allá de toda duda, lo acertado del mismo.

La simpleza argumental del tándem “rotura diferida”, unida al “carácter intergranular”, contrasta con las consecuencias que se derivan de dicho diagnóstico y de las que el analista debiera ser consciente.

Cuando a un fabricante de componentes se le diagnostica “fragilización por hidrógeno” se está poniendo en cuestión no solo el lote objeto de estudio, sino todo su proceso de producción, es decir, los lotes anteriores, los lotes en proceso de fabricación y las futuras fabricaciones.

En efecto, dada la dificultad real de medir el hidrógeno difusible en el material, resulta muy complejo acotar el origen de la fragilización por lo que, normalmente, se tiene que trabajar con suposiciones no constatables. Esta misma dificultad de medición del hidrógeno hace que no sea posible segregar partidas entre los componentes fabricados, en los que tampoco es posible evidenciar que cualquier mejora introducida en proceso pueda solucionar el problema en envíos futuros.

Es decir, lo más sencillo es diagnosticar el tipo de fallo, pero el verdadero reto radica en identificar la causa de la hidrogenación, definir ensayos para probarlo y proponer medidas de actuación.

Se han hecho grandes esfuerzos por entender el mecanismo de fragilización y se han planteado diversos modelos teóricos, como los basados en la presión interna, energía superficial, debilitamiento de enlaces etc, sin que actualmente exista una teoría mayoritariamente aceptada por la comunidad científica.

Obviando estos aspectos teóricos, existen circunstancias conocidas que concurren en este tipo de fallos y que deben siempre tenerse en consideración:

1.    Los fallos por fragilización de hidrógeno son consecuencia de una conjunción de factores. Por eso, en un lote de materiales “idénticos” instalados en “idénticas” condiciones, los fallos no afectan a toda la población, sino a un número determinado de componentes. El porcentaje de fallos refleja la criticidad del problema. La experiencia indica que no es recomendable centrarse en por qué no han roto el resto de los elementos expuestos a idénticas condiciones. Una única rotura de estas características puede considerarse representativa como para comprometer todo el lote; de hecho existen métodos normalizados para evidenciar este problema de fragilización que se basan precisamente en un estudio poblacional en el que un elemento roto es motivo de rechazo de todo el lote.

2.    Para que la fragilización por hidrógeno se manifieste, el componente debe estar sometido a tensión y cuanto mayor sea ésta, mayor será su susceptibilidad a este problema. No es posible evidenciar la fragilización de un material mediante los ensayos convencionales de determinación de características mecánicas (dureza, tracción y resistencia al impacto, etc.). Se requieren ensayos específicos más avanzados y en las condiciones adecuadas.

3.    La fragilidad por hidrógeno se da preferentemente en materiales de alto límite elástico. La dureza del material es reflejo de la susceptibilidad a sufrir este tipo de fenómeno. Precisamente, una medida de actuación efectiva para atenuar su incidencia, es reducir la dureza del material al mínimo dentro del rango admitido.

4.    Un origen conocido del hidrógeno es el decapado acido previo a la aplicación del recubrimiento, pero existen otras muchas posibilidades, incluido el propio valor residual de hidrógeno en la materia prima. No existe un valor límite de hidrógeno que genere este problema, y que sea válido para todos los componentes. Este valor crítico se determina en función del nivel de dureza y de la tensión aplicada al componente.

5.    El plano de rotura en un elemento que ha fallado por fragilización por hidrógeno, siempre es perpendicular a la componente de esfuerzos en dicha localización. La superficie de fractura en los aceros se caracteriza por presentar textura intergranular. Existen otros modos de daño por hidrógeno, pero el fenómeno de fragilización siempre es mayoritariamente intergranular o con cierto carácter granular, entremezclado con formas arborescentes (helechos).

Carácter intergranular característico de este tipo de fallos

                                                       

Por último, incidir en que existen varias posibilidades en cuanto a la procedencia del hidrógeno. Es bastante habitual centrarse en analizar orígenes intrínsecos, es decir, atribuibles a la fabricación de la materia prima o procesado posterior, pero también existen posibles orígenes extrínsecos, es decir, que se incorpore al material durante su tiempo de servicio; lo que se conoce genéricamente como fragilización ambiental.

Los fallos de fragilización por hidrógeno son resultado de la conjunción de varios factores