Prácticas de Materiales

Prácticas de Materiales

Indice

Práctica 1: Evaluación de la resistencia a la corrosión intergranular.

Práctica 2: Determinación de la velocidad de corrosión de metales y metales recubiertos.

Práctica 3: Obtención de recubrimientos electrolíticos de Zn sobre acero.

Práctica 4: Obtención y caracterización de recubrimientos de pinturas de acero.

Práctica 1:

Evaluación de la resistencia a la corrosión intergranular

1. Introducción.

No muchos años después de haberse introducido en el campo industrial los aceros inoxidables austeníticos, se pudo observar que en algunos aparatos, depósitos o tuberías, en especial de instalaciones químicas, construidos con estos aceros, se producían después de algún tiempo de servicio, fallos debidos a que el material se volvía poroso, frágil y con grandes fisuras. Aun cuando, en principio, se encontraron dificultades para determinar las causas de este fenómeno, pronto se pudo apreciar que el mismo ocurría como consecuencia de dos acciones sucesivas: una determinada forma de tratamiento térmico y un proceso de corrosión especial.

Para el estudio de este tipo de corrosión emplearemos probetas de acero inoxidable cromo-níquel austenítico del tipo 18-8. Los aceros de este grupo son los más utilizados, ya que el tonelaje que de ellos se produce actualmente representa más del 50% de la producción total de aceros inoxidables.

1.1. El fenómeno de la sensibilización.

La teoría que explica el fenómeno del fallo anterior y que está con la actualidad completamente aceptada es la del empobrecimiento en cromo. De acuerdo con esta teoría, al someter a estos aceros a temperaturas entre 500° y 900°C los átomos de carbono que se encuentran en solución en el acero en posición próxima a la superficie límite de los granos, precipitan primero y atraen luego el cromo necesario para formar carburos complejos de cromo hierro, así las capas más próximas a los bordes de los granos irán cediendo cromo y empobreciéndose en este metal. Como el cromo no puede difundirse a través del acero tan rápida y fácilmente como el carbono, el empobrecimiento en cromo en las capas superficiales de los granos es muy acusado.

Así pues, después de este tratamiento, llamado de sensibilización, el acero estará formado por granos de austenita, que tienen prácticamente la composición del acero, cada uno de los cuales está envuelto por una capa fina cuyo contenido en cromo se ha reducido a un valor muy bajo. Esta capa, a su vez, está envuelta por una película de carburo de cromo. En la figura siguiente podemos ver un esquema, propuesto por Baín, que trata de indicar las causas de la corrosión intergranular.

Dicho esquema refleja la distribución supuesta del carbono y cromo en la proximidad de los precipitados de carburos. La corrosión intergranular se presentará tan pronto como se llegue a contenidos de cromo inferiores al 12% en las zonas próximas a los carburos.

Cuando se prolonga la duración de un calentamiento en la zona de precipitación, la difusión del cromo, aunque lenta, permite un enriquecimiento de las zonas empobrecidas en cromo, pudiendo alcanzarse de nuevo el 12%, según se indica en el esquema de la figura 2.

La relación entre temperaturas, tiempos y sensibilización puede verse en los gráficos de la figura 3.

1.2. Detección de la sensibilización.

Existen diferentes ensayos normalizados para detectar la susceptibilidad a la corrosión en aceros inoxidables. Entre estos podemos citar el del ácido nítrico en ebullición (48 horas), el ensayo con sulfato de cobre /ácido sulfúrico (72 horas), el de sulfato férrico / ácido sulfúrico (120 horas), y el de ataque por ácido oxálico.

Usaremos este último ensayo por la mayor rapidez de realización. Este ensayo ha sido desarrollado como complemento al ensayo con ácido nítrico en ebullición. En caso de que el material supere esta prueba se considera que su susceptibilidad es baja. Si no superara la prueba debe someterse al ensayo con ácido nítrico. El ensayo con ácido oxálico presenta ciertas limitaciones, pues mientras que se puede emplear con éxito en aceros 18 / 8 normales y de bajo contenido en carbono, e incluso para los 18 / 8 Mo, no es aplicable a ninguno de los aceros estabilizados con titanio o niobio, ni tampoco al acero 18 / 8 Mo con bajo contenido en carbono.

1.3. Procedimientos para evitar la corrosión intergranular.

Se pueden seguir dos caminos para reducir o evitar eficazmente la susceptibilidad a la corrosión intergranular de los aceros inoxidables austeníticos:

A) Impedir la precipitación de carburos o fases, modificando o ajustando convenientemente la composición química de los aceros o tomando medidas oportunas para que aquello no se produzca.

B) Redisolver o dispersar los carburos precipitados mediante un tratamiento adecuado.

En relación con los procedimientos por encajar dentro del primer grupo se pueden considerar:

A.1) La reducción del porcentaje en carbono.

Al conocer que la corrosión intergranular se debe, de modo fundamental, a la precipitación de carburos de cromo, se trató de resolver el problema por el procedimiento más lógico, es decir, la reducción del contenido en carbono de los aceros hasta un valor muy bajo.

Esta reducción debería llegar hasta el 0,02 %C, que es el límite de solubilidad de un acero 18 / 8 por debajo de 800 °C. Esto es muy difícil industrialmente, sin embargo se están fabricando aceros con porcentajes de carbono muy próximos a dicho valor.

A.2) Adición de elementos estabilizadores.

Sin duda alguna, el método actual más satisfactorio para evitar la sensibilización a la corrosión intergranular consiste en añadir al acero ciertos elementos de aleación que poseen una afinidad por el carbono mayor que la del cromo.

La precipitación de un carburo distinto del dc cromo evitará, por supuesto, la formación de capas límite en los granos, empobrecidas en cromo, lo que, como hemos indicado, es causa inmediata de la corrosión intergranular. En este sentido, hemos de decir que el metal añadido a un acero no solo ha de formar un carburo estable, sino que, además, éste debe ser menos soluble en la matriz austenítica que el carburo de cromo. Los tres elementos que reúnen mejores características en este aspecto son el titanio, niobio y tántalo.

Los medios o procedimientos que pueden encajar dentro del segundo grupo son:

B.1) Tratamiento térmico para conseguir la redisolución de los carburos.

Si un acero sensibilizado se calienta a una temperatura superior a 1000 °C, los carburos precipitados en los bordes de los granos se disocian, y el carbono y el cromo, sus principales componentes, se redisuelven en la masa metálica que los circundan. La temperatura óptima está entre 1050 " y 1 100 °C. Es necesario, enfriar bastante rápidamente para evitar que se reproduzca la sensibilización al pasar entre 900 ° y 500 °C.

B.2) Tratamiento termomecánico para lograr la dispersión de los carburos en la precipitación.

Este procedimiento presenta bastantes dificultades en su realización y resulta inaplicable en la mayoría de los casos.

La resistencia a la corrosión intergranular de los aceros sensibilizados se mejora notablemente si se consigue una dispersión por toda la masa metálica de los carburos.

Esta dispersión se puede lograr solubilizando el acero a temperatura superior a 1000 °C y enfriado rápidamente, trabajando después en frío el acero y, finalmente calentando el material a temperaturas comprendidas en el intervalo de sensibilización. Tras el trabajado en frío, los carburos precipitan en forma dispersa (en las bandas de deslizamiento), por lo que es menor el empobrecimiento en cromo en bordes de grano.

2.Materiales y métodos

Tomamos 4 probetas de acero inoxidable AISI-304 (con una composición porcentual en peso de 18.2%Cr, 8.5%Ni, 1.6%Mn, 0.40%Si, 0.07%C, 0.03%P, 0.01%S) de una varilla de 15 mm de diámetro a las siguientes aplicaremos los siguientes tratamientos térmicos.

PROBETA

TRATAMIENTO

1

Estado de suministro

2

A

3

A+B

4

A+B+C

donde:

TRATAMIENTO

TEMPERATURA(ºC)

TIEMPO (MIN)

ENFRIAMIENTO

A

1.00

30

Agua

B

675

60

Agua

C

1.100

15

agua

Una vez tratadas las probetas, se preparan para observación microscópica y se ensaya su resistencia a la corrosión intercristalina por el método del ataque con ácido oxálico.

La solución de ataque ha de contener 100 gr. de ácido oxálico y 900 cm3 de agua destilada.

Para realizar el ensayo, se han de poner en contacto con

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