http://hdl.handle.net/10366/164846 2026-04-22T19:34:41Z http://hdl.handle.net/10366/169375 [EN] In this paper, the effects of the skin pass technique on the residual stress and plastic strain fields generated in cold drawn pearlitic steel wires are analyzed. The aim is to find out the optimal conditions to be used in the design of a manufacturing process for obtaining more reliable structural components in terms of the main cause of failure: the hydrogen embrittlement (HE). To achieve this goal, diverse numerical simulations were performed by using finite elements (FE) and considering, on one hand, the first step of a real cold drawing chain, using (i) a conventional drawing die and (ii) modified drawing dies with different soft diameter reductions, and, on the other hand, numerical simulations by FE of the hydrogen diffusion assisted by stress and strain states to estimate the hydrogen distributions. Obtained results revealed the secondary reduction degree as a key parameter in the die design for reducing the drawing-induced residual stress. According to the results, low values of the reduction ratio cause radial distributions of residual stress with significant reductions at both the wire core and at the wire surface. In addition, the hydrogen accumulation at the prospective damage zone (near the wire surface) given by FE simulations is lower in the wires drawn with modified drawing dies including a skin pass zone.; [ES] En este artículo, se analizan los efectos de la técnica de paso superficial (skin pass) sobre los campos de tensión residual y deformación plástica generados en alambres de acero perlíticos trefilados en frío. El objetivo es determinar las condiciones óptimas para ser utilizadas en el diseño de un proceso de fabricación para obtener componentes estructurales más confiables en términos de la principal causa de fallo: la fragilización por hidrógeno (HE). Para lograr este objetivo, se realizaron diversas simulaciones numéricas mediante elementos finitos (EF) y considerando, por un lado, el primer paso de una cadena de trefilado en frío real, utilizando (i) una matriz de trefilado convencional y (ii) matrices de trefilado modificadas con diferentes reducciones de diámetro blando, y, por otro lado, simulaciones numéricas por EF de la difusión de hidrógeno asistida por estados de tensión y deformación para estimar las distribuciones de hidrógeno. Los resultados obtenidos revelaron que el grado de reducción secundaria es un parámetro clave en el diseño de la matriz para reducir la tensión residual inducida por el trefilado. De acuerdo con los resultados, los valores bajos de la relación de reducción causan distribuciones radiales de la tensión residual con reducciones significativas tanto en el núcleo del alambre como en la superficie del alambre. Además, la acumulación de hidrógeno en la zona de daño prospectivo (cerca de la superficie del cable) dada por las simulaciones de elementos finitos es menor en los cables estirados con matrices de estirado modificadas que incluyen una zona de paso de piel. 2023-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/169374 [EN] Cold drawing is a commonly used technique for manufacturing the prestressing steel wires used as structural elements in prestressed concrete structures. As a result of this manufacturing process, a non-uniform plastic strain and residual stress states are generated in the wire. These stress and strain fields play a relevant role as the main cause of the in-service failure of prestressing steel wires in the presence of an aggressive environment, hydrogen embrittlement (HE). In this paper, hydrogen susceptibility to HE is compared in two different commercial cold-drawn wires with the same dimensions at the beginning and at the end of manufacturing that follow different straining paths. To achieve this goal, numerical simulation with the finite element (FE) method is carried out for two different industrial cold-drawing chains. Later, the HE susceptibility of both prestressing steel wires was estimated in terms of the hydrogen accumulation given by FE numerical simulations of hydrogen diffusion assisted by stress and strain states, considering the previously obtained residual stress and plastic strain fields generated after each wire-drawing process. According to the obtained results, the hardening history modifies the residual stress and strain states in the wires, affecting their behavior in hydrogen environments.; [ES] El trefilado en frío es una técnica comúnmente utilizada para la fabricación de alambres de acero de pretensado utilizados como elementos estructurales en estructuras de hormigón pretensado. Como resultado de este proceso de fabricación, se generan en el alambre estados de deformación plástica y tensiones residuales no uniformes. Estos campos de tensión y deformación desempeñan un papel relevante como la principal causa del fallo en servicio de los alambres de acero de pretensado en presencia de un entorno agresivo, la fragilización por hidrógeno (HE). En este artículo, se compara la susceptibilidad al hidrógeno a HE en dos alambres comerciales diferentes trefilados en frío con las mismas dimensiones al inicio y al final de la fabricación que siguen diferentes trayectorias de deformación . Para lograr este objetivo, se realiza una simulación numérica con el método de elementos finitos (EF) para dos cadenas industriales diferentes de trefilado en frío. Posteriormente, se estimó la susceptibilidad a HE de ambos alambres de acero de pretensado en términos de la acumulación de hidrógeno dada por simulaciones numéricas de FE de la difusión de hidrógeno asistida por estados de tensión y deformación, considerando los campos de tensión residual y deformación plástica obtenidos previamente generados después de cada proceso de trefilado. De acuerdo con los resultados obtenidos, el historial de endurecimiento modifica los estados de tensión y deformación residuales en los alambres, afectando su comportamiento en ambientes de hidrógeno. 2023-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/169368 [EN] Round-notched samples are commonly used for testing the susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of metallic materials. Hydrogen diffusion is influenced by the stress and strain states generated during testing. This state causes hydrogen-assisted micro-damage leading to failure that is due to HE. In this study, it is assumed that hydrogen diffusion can be controlled by modifying such residual stress and strain fields. Thus, the selection of the notch geometry to be used in the experiments becomes a key task. In this paper, different HE behaviors are analyzed in terms of the stress and strain fields obtained under diverse loading conditions (un-preloaded and preloaded causing residual stress and strains) in different notch geometries (shallow notches and deep notches). To achieve this goal, two uncoupled finite element (FE) simulations were carried out: (i) a simulation by FE of the loading sequences applied in the notched geometries for revealing the stress and strain states and (ii) a simulation of hydrogen diffusion assisted by stress and strain, for estimating the hydrogen distributions. According to results, hydrogen accumulation in shallow notches is heavily localized close to the wire surface, whereas for deep notches, hydrogen is more uniformly distributed. The residual stress and plastic strains generated by the applied preload localize maximum hydrogen concentration at deeper points than un-preloaded cases. As results, four different scenarios are established for estimating “a la carte” the HE susceptibility of pearlitic steels just combining two notch depths and the residual stress and strain caused by a preload.; [ES] Las muestras con entalla redondeada se utilizan comúnmente para evaluar la susceptibilidad a la fragilización por hidrógeno (HE) de materiales metálicos. La difusión de hidrógeno se ve influenciada por los estados de tensión y deformación generados durante la prueba. Este estado causa microdaños asistidos por hidrógeno que conducen a fallas debidas a HE. En este estudio, se asume que la difusión de hidrógeno puede controlarse modificando dichos campos de tensión y deformación residuales. Por lo tanto, la selección de la geometría de entalla que se utilizará en los experimentos se convierte en una tarea clave. En este artículo, se analizan diferentes comportamientos de HE en términos de los campos de tensión y deformación obtenidos bajo diversas condiciones de carga (sin precarga y precargada causando tensión y deformaciones residuales) en diferentes geometrías de entalla (entallas superficiales y entallas profundas). Para lograr este objetivo, se realizaron dos simulaciones de elementos finitos (EF) desacoplados: (i) una simulación por EF de las secuencias de carga aplicadas en las geometrías con entalla para revelar los estados de tensión y deformación y (ii) una simulación de la difusión de hidrógeno asistida por tensión y deformación, para estimar las distribuciones de hidrógeno. Según los resultados, la acumulación de hidrógeno en entallas superficiales se localiza considerablemente cerca de la superficie del alambre, mientras que en entallas profundas, el hidrógeno se distribuye de forma más uniforme. La tensión residual y las deformaciones plásticas generadas por la precarga aplicada localizan la concentración máxima de hidrógeno en puntos más profundos que en los casos sin precarga. Como resultado, se establecen cuatro escenarios diferentes para estimar individualmente la susceptibilidad de los aceros perlíticos a la corrosión por entalladura (HE), combinando simplemente dos profundidades de entalla y la tensión residual y la deformación causadas por una precarga. 2022-01-01T00:00:00Z http://hdl.handle.net/10366/169367 [EN] Prestressing steel wires usually undergo cyclic loading in service. Therefore, it is of interest to analyse certain features of their mechanical behaviour under this type of loading, such as the Bauschinger effect (BE) or the hardening rule, that fit the real mechanical behaviour appropriately. In this study, different samples of high strength pearlitic steel wires were subjected to cyclic tension-compression load exceeding the material yield strength, thus generating plastic strains. From the experimental results, various parameters were obtained revealing that analysed steels exhibited the so-called Masing type BE. In addition, the variation of the BE characteristics (of the effective and internal stresses) with the applied plastic pre-strain indicated that the studied materials followed a mixed strain hardening rule with the domination of the kinematic component.; [ES] Los alambres de acero de pretensado suelen someterse a cargas cíclicas en servicio. Por lo tanto, es interesante analizar ciertas características de su comportamiento mecánico bajo este tipo de carga, como el efecto Bauschinger (BE) o la regla de endurecimiento, que se ajustan adecuadamente al comportamiento mecánico real. En este estudio, diferentes muestras de alambres de acero perlítico de alta resistencia se sometieron a una carga cíclica de tracción-compresión que excedía el límite elástico del material, generando así deformaciones plásticas. A partir de los resultados experimentales, se obtuvieron varios parámetros que revelaron que los aceros analizados exhibieron el llamado BE de tipo Masing. Además, la variación de las características de BE (de las tensiones efectivas e internas) con la predeformación plástica aplicada indicó que los materiales estudiados seguían una regla de endurecimiento por deformación mixta con predominio del componente cinemático 2020-01-01T00:00:00Z