Análisis de Dinámica Molecular del Comportamiento de Difusión del Hidrógeno en un Bi-Cristal de Alpha-Fe Bajo Deformación por Flexión
Autores: Saitoh, Ken-ichi; Koga, Haruka; Sato, Tomohiro; Takuma, Masanori; Takahashi, Yoshimasa
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Análisis de Dinámica Molecular del Comportamiento de Difusión del Hidrógeno en un Bi-Cristal de Alpha-Fe Bajo Deformación por Flexión
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Fragilización por hidrógeno
Alambres de acero perlítico dibujados
Deformación plástica
Difusión de átomos de hidrógeno
Gradiente de tensión
Simulación de dinámica molecular
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
El fenómeno de fragilización por hidrógeno (FH) que ocurre en alambres de acero perlítico dibujados a veces resulta en fracturas retardadas peligrosas y ha sido un problema importante durante mucho tiempo. El FH es muy sensible a la cantidad de deformación plástica aplicada en el proceso de dibujo. La difusión de átomos de hidrógeno (H) se ve afectada por las condiciones térmicas y mecánicas ambientales, como el estrés, la presión y la temperatura. Además, se supone que la influencia del gradiente de estrés (GE) en la difusión atómica es crucial, pero aún no está clara. Los materiales metálicos que experimentan deformación plástica tienen naturalmente GE, como tensiones residuales, especialmente en regiones inhomogéneas (por ejemplo, superficie o límite de grano). En este estudio, realizamos simulaciones de dinámica molecular (DM) utilizando potenciales EAM para átomos de Fe y H e investigamos el comportamiento de los átomos de H difundiéndose en hierro puro (alpha-Fe) bajo la condición de GE. Se investigaron dos tipos de condiciones de GE: un gradiente general establecido por una deformación por flexión de la muestra y un gradiente local a escala atómica causado por la estructura del límite de grano (BG). Un modelo de bicristal con átomos de H y una estructura de BG fue sometido a deformación por flexión. Para una flexión moderada, el estrés de flexión se distribuye linealmente a lo largo del grosor de la muestra. El coeficiente de difusión de los átomos de H en la región de volumen aumentó con un aumento en el valor de GE. Además, se observó claramente que la dirección de la difusión se vio afectada por la existencia del GE. Se encontró que la difusividad del átomo de H se promueve por la reducción de su energía cohesiva. A partir de estos resultados de DM, reconocemos una relación exponencial entre la cantidad de difusión de átomos de H y la intensidad del GE en la deformación por flexión a nanoescala.
Descripción
El fenómeno de fragilización por hidrógeno (FH) que ocurre en alambres de acero perlítico dibujados a veces resulta en fracturas retardadas peligrosas y ha sido un problema importante durante mucho tiempo. El FH es muy sensible a la cantidad de deformación plástica aplicada en el proceso de dibujo. La difusión de átomos de hidrógeno (H) se ve afectada por las condiciones térmicas y mecánicas ambientales, como el estrés, la presión y la temperatura. Además, se supone que la influencia del gradiente de estrés (GE) en la difusión atómica es crucial, pero aún no está clara. Los materiales metálicos que experimentan deformación plástica tienen naturalmente GE, como tensiones residuales, especialmente en regiones inhomogéneas (por ejemplo, superficie o límite de grano). En este estudio, realizamos simulaciones de dinámica molecular (DM) utilizando potenciales EAM para átomos de Fe y H e investigamos el comportamiento de los átomos de H difundiéndose en hierro puro (alpha-Fe) bajo la condición de GE. Se investigaron dos tipos de condiciones de GE: un gradiente general establecido por una deformación por flexión de la muestra y un gradiente local a escala atómica causado por la estructura del límite de grano (BG). Un modelo de bicristal con átomos de H y una estructura de BG fue sometido a deformación por flexión. Para una flexión moderada, el estrés de flexión se distribuye linealmente a lo largo del grosor de la muestra. El coeficiente de difusión de los átomos de H en la región de volumen aumentó con un aumento en el valor de GE. Además, se observó claramente que la dirección de la difusión se vio afectada por la existencia del GE. Se encontró que la difusividad del átomo de H se promueve por la reducción de su energía cohesiva. A partir de estos resultados de DM, reconocemos una relación exponencial entre la cantidad de difusión de átomos de H y la intensidad del GE en la deformación por flexión a nanoescala.