Estudio de la distribución de hidrógeno en ferrita mediante un modelo de tipo monte carlo cinético

• G.Álvarez ^[1] ; J.Sanchez ^[2] ; J.Segurado ^[1] ; Á.Ridruejo ^[1]
  1. [1] Universidad Politécnica de Madrid

     Universidad Politécnica de Madrid

     Madrid, España

     
  2. [2] Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja. Consejo Superior de Investigación Científica
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 3 (comunicaciones 5th Iberian Conference on Structural Integrity), 2022, págs. 179-184
• Idioma: español
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• Resumen
  • español

    El fenómeno de la fragilización por hidrógeno se está abordando en la actualidad desde diversos enfoques. En comunicaciones anteriores se ha mostrado el comportamiento del hidrógeno en la red del hierro a nivel atómico en ausencia de tensiones a través de cálculos ab-initio. En el presente trabajo, el estudio se amplía a la identificación de la distribución espacial del hidrógeno relativa a los defectos. El trabajo parte del cálculo mediante DFT del efecto del estado tensional en las barreras de difusión del hidrógeno producido por la presencia de otros átomos de hidrógeno en sus inmediaciones. Posteriormente, la difusión del hidrógeno en la red BCC del hierro se simula mediante un modelo de Monte Carlo cinético con el objetivo de computar varios parámetros relevantes, como el coeficiente de difusión macroscópico, el tiempo de residencia característico del hidrógeno en las diferentes trampas presentes en la red y la distribución espacial de los diferentes defectos. El método permite identificar patrones regulares en la posición de átomos de hidrógeno en torno a los defectos. Los resultados obtenidos considerando la alteración de las barreras difusivas debidas a la presencia de hidrógeno se han comparado con los obtenidos sin tener este efecto en cuenta y con los datos experimentales.

  • English

    Hydrogen embrittlement has been studied through several approaches. In previous works we reported the energy landscape from ab-initio calculations in the absence of stress for solute hydrogen in several metallic lattices. The current work extends the description of the hydrogen in bcc iron system by determining how the different energy barriers are modified as a function of neighboring hydrogen stress fields using density functional theory (DFT) calculations, allowing a more complete simulation of hydrogen diffusion in iron subjected to local stresses, and therefore able to better reproduce interactions with other lattice defects. A kinetic Monte Carlo model is used to simulate hydrogen diffusion in bcc-iron and compute several relevant parameters such as the macroscopic diffusion coefficient, the characteristic residence time of hydrogen in the different traps or the spatial distribution of defects and its evolution.

    This method is able to identify regular patterns in the position of H atoms in the neighborhood of defects. The results arising from calculations considering the alteration of the energy landscape as a function of the stress state are compared to the stress-free configuration and with experimental data.