Cálculo por primeros principios del coeficiente de difusión del H en una red de Fe pura

Abstract

La fragilización por hidrógeno es una de las principales causas de fallo de los aceros de alta resistencia basados en hierro BCC. Debido a su importancia tecnológica, se han realizado numerosos estudios sobre el transporte de hidrógeno en la red de hierro. Sin embargo, los datos experimentales y los cálculos teóricos muestran una gran dispersión debida a los diferentes métodos de ensayo, los defectos inherentes del material (vacantes, dislocaciones o bordes de grano) y las diferentes aproximaciones teóricas. Utilizando una teoría de primeros principios hemos calculado el espectro de vibraciones (fonones) de una red de hierro BCC en presencia de hidrógeno intersticial para obtener la energía libre de Helmholtz, F. Se han encontrado diferencias significativas entre el régimen de alta (Fe:H = 1:1) y de baja concentración (Fe:H = 16:1), en particular una ocupación diferente de los intersticiales en huecos octaédricos y tetraédricos. Aplicando la ley de las mezclas para estas poblaciones y utilizando la dependencia de F con la temperatura hemos estimado la dependencia del coeficiente de difusión de Hidrógeno con la temperatura. La comparación con los datos experimentales seleccionados por Kiuchi y McLellan (Acta Metal. 31, 961) es satisfactoria y refrenda el método teórico utilizado.