Papel de la carga cíclica y del ambiente en la fractura de acero perlítico trefilado

Résumé

[ES]Este trabajo estudia la influencia de las solicitaciones cíclicas y del ambiente agresivo en el comportamiento en fractura de aceros eutectoides. El estudio se realiza mediante ensayos en probetas prefisuradas por fatiga con diferentes niveles de carga así como a través de la simulación numérica del proceso. En el primer capítulo se muestra una revisión bibliográfica de los antecedentes científicos de estudio de los diversos fenómenos a tratar en esta investigación, además de exponer los objetivos perseguidos en este trabajo. En el segundo capítulo se expone la fase experimental del trabajo. Se obtienen las propiedades mecánicas de los dos aceros objeto de estudio mediante su caracterización. Posteriormente se analiza su comportamiento en ambiente agresivo; un ambiente con condiciones catódicas y un ambiente con condiciones anódicas. Para comprender el efecto de las solicitaciones cíclicas las probetas objeto de estudio se someten a una prefisuración a fatiga con distintos niveles de carga. De esta manera al someterlas a fractura en ambiente agresivo se analiza la influencia de esta prefisuración cíclica en la fractura final. Los ensayos a fractura se realizan de dos maneras diferentes: una con una solicitación de velocidad de desplazamiento constante y otra con una solicitación de carga constante. Una vez realizado los ensayos a fractura de todos los casos analizados se hace un estudio microfractográfico para visualizar los pasos de fractura que ha sufrido cada muestra analizada; así se puede intuir los mecanismos de fractura que ha sufrido la probeta en cada paso. Para ver la influencia de la prefisuración por fatiga en las probetas se analiza la susceptibilidad a la acción del ambiente agresivo tanto en términos de tiempo como en carga de rotura. La influencia del nivel de prefisuración queda reflejado en las longitudes de fisura que se determinan de manera cuantitativa al analizar la superficie fracturada. En el tercer capítulo se pretende completar los resultados del segundo capítulo mediante el análisis de variables no observables experimentalmente (estados tenso-deformacionales, que permiten complementar estos resultados). Para lo cual se han utilizado simulaciones numéricas de los procesos que se han llevado a cabo en los ensayos. Esto es, los procesos mecánicos y el proceso de difusión de hidrógeno asistido por el estado tensodeformacional. En un principio se analizarán los estados tenso-deformacionales generados en los distintos ensayos realizados de forma experimental: la prefisuración realizada a las probetas de alambrón y acero de pretensado mediante una serie de ciclos de fatiga con diferentes niveles de carga (representados mediante el factor de intensidad de tensiones) y los ensayos realizados posteriormente en ambiente agresivo a estas probetas; bien sea en condición de carga constante, bien velocidad de desplazamiento hasta rotura impuesta. Posteriormente estos estados tenso-deformacionales generados en los ensayos de fractura en ambiente agresivo servirán para el análisis de la difusión de hidrógeno en el material. Para el análisis de efecto de la difusión de hidrógeno en el acero se han estudiado los dos tipos de solicitación empleados en la corrosión bajo tensión; velocidad de desplazamiento constante y carga constante. En el primer caso se considera un análisis donde el estado tenso-deformacional es variable y , por otro lado, el segundo análisis la difusión de hidrógeno se reliza bajo un estado tenso-deformacional estacionario en el tiempo. En el cuarto capítulo se trata de analizar los resultados obtenidos de los apartados anteriores. Esto es, se ha realizado el estudio de los mecanismos de fractura que tiene lugar en los dos ambientes agresivos analizados: disolución anódica localizada (un ambiente anódico) y fisuración asistida por hidrógeno (ambiente catódico). Si bien en el primero solo se obtienen los resultados de su análisis experimental, en el segundo se puede comprender mejor su mecanismo mediante el análisis numérico del proceso. Se analiza en este capítulo la susceptibilidad de los aceros analizados a los dos ambientes analizados así como la influencia de diferentes parámetros en el comportamiento a fractura. De esta manera, se muestra la influencia de la microestructura en el comportamiento a fractura en ambiente agresivo debido a la anisotropía generada en el acero mediante el trefilado. Se ha podido observar como esta anisotropía genera en el material grandes deflexiones en el camino de la fisura dando lugar a fracturas marcadamente anisótropas (FMA). Por otro lado, se expone la influencia del tipo de solicitación y el nivel de prefisuración por fatiga empleado. Del análisis de los micromecanismos de fractura mediante el análisis fractográfico se ha podido observar como en el caso del ambiente catódico se caracteriza la zona de fractura debido a mecanismos de corrosión bajo tensión mediante la tearing topography Surface (TTS), característica de estos mecanismos. En fracturas llevadas a cabo en ambiente anódico el mecanismo que tiene lugar es la disolución anódica localizada que se muestra en el análisis fractográfico como una zona donde se produce una topografía característica: disolution topography Surface (DTS), topografía característica de la disolución preferente de un componente. En el quinto capítulo se exponen las diversas conclusiones a las que se ha llegado con el desarrollo de esta Tesis, sobre el papel de la carga cíclica y del ambiente en la fractura de acero perlítico trefilado.