Estudio experimental y te ́rico de la difusi ́n de Hidr ́geno en Fe-9%Cr;

C. HURTADO-NOREÑA; V .P. RAMUNNI; P. BRUZZONI

Revista de la Asociación Argentina de Materiales

SAM

Lugar: Buenos Aires; Año: 2011 p. 1 - 6

1668-4788

En los últimos años, la familia de aceros 9%Cr ha sido objeto de diferentes estudios que involucran desde sus propiedades hasta su comportamiento frente a diversos ambientes y bajo diferentescondiciones metalúrgicas [1, 2]. Uno de los aspectos que ha despertado mayor interés, es la formación de diferentes tipos de carburos cuando estos materiales son tratados térmicamente, y la influencia de estas partículas sobre propiedades fundamentales tales como el creep y el comportamiento frente al hidrógeno.Estudios previos realizados sobre estos materiales llevaron a formular hipótesis sobre la interacción entre el hidrógeno y defectos presentes en la microestructura tales como partículas de carbonitruros y dislocaciones. Para validar estas hipótesis se hace necesario comparar los resultados obtenidos para los aceros 9%Cr con los de la red del material libre de los defectos mencionados. Por tal motivo, se fabricó una aleación Fe-9%Cr a partir de la cual se obtuvieron membranas de permeación, que fueron ensayadas empleando la técnica de permeación de hidrógeno en fase gaseosa condetección electroquímica, a fin de poder calcular el coeficiente de difusión aparente y compararlo con resultados experimentales reportados para la familia de aceros 9%Cr [3]. Paralelamente se realizaron cálculos teóricos vía métodos ab-initio considerando un entorno adecuado de Fe-Cr. Se empleó el método del monómero [4] (para calcular las barreras de migración) acoplado al código SIESTA, basados en la teoría de la densidad funcional (DFT) [5], quepermiten obtener información acerca de los sitios que actúan como trampas dentro de la red del material. Para los cálculos, la energía de corte utilizada fue de 450 Ry y se utilizó una malla de 7×7×7 puntos k en el espacio recíproco. Se asumió que el sistema estaba relajado cuando la resultante de las fuerzas era menor que 0.02 eV/Å. Se emplearon bases polarizadas (DZP) para el H, Fe y Cr. Los resultados preliminares revelan que el coeficiente de difusión de la aleación Fe-9%Cr es 400 veces menor que el del hierro puro recocido [6] y 270 veces mayor que el de un acero P91 templado y revenido a 500C [3, 7]. El retraso en el proceso de difusión de esta aleación respecto al Fe puro recocido podría vincularse con el hecho de que los cálculos ab initio muestran que existe al menos un sitio octaedral de menor energía que el sitio tetraedral en el cual el hidrógeno se queda atrapado; mientras que el incremento en el coeficiente de difusión comparado con el reportado para un acero P91 puede ser ocasionado por la presencia de finos precipitados en la microestructura de este último. La primera hipótesis es respaldada por los resultados obtenidos con los cálculos abinitio y la segunda es reportada por Hurtado Noreña y Bruzzoni [7]. En la figura 1 se ilustran los transitorios crecientes de permeación de hidrógeno obtenidos a 30C para la aleación Fe-9Cr, un acero P9 y un acero P91 [3]; en tanto que la figura 2 corresponde a un esquema donde se puede observar la configuración de los sitios octaedrales y  tetraedrales de la red de Fe en presencia de Cr.