DEGRADACIN Y FALLAS EN MATERIALES.

REPORTE DE PRCTICA

ENSAYOS DESTRUCTIVOS

Realizado por:Alegra Jurado Jess Rivera Cruz AurelianoLuna Trinidad EleazarCarbajal Zuiga Jos BenitoAmezquita Jaime Xochitl Yukary

Profesor M. C. Julio cesar Gutirrez Villareal

Universidad Tecnolgica de San Juan del Rio1

Ensayos destructivos.Introduccin

La corrosin puede definirse como el deterioro de un material producido por el ataque qumico de su ambiente, la velocidad de este fenmeno de corrosin estar en funcin de variables como temperatura y de la de concentracin de los reactivos y productos.En consecuencia de ello la corrosin es un proceso destructivo catalogado as por la ingeniera de materiales y esto representa una enorme prdida econmica, as como un decrecimiento de la confiabilidad en infinidad de procesos industriales as como de calidad en un producto con el pasar del tiempo.La ingeniera industrial en la industria est muy directamente relacionada al cuidado y preservacin de equipos e infraestructura afectada en mayor o menor medida por este fenmeno de corrosin manteniendo estndares de monitoreo y control.Dada la severidad de degradacin de los materiales por causa de la corrosin, se tratan en este ensayo sus conceptos bsicos as como los tipos existentes, mismos que nos dan una perspectiva diferente acerca de su control y monitoreo en la industria a fin de reducir el impacto negativo que genera, as con ello se abordaran temas relacionados como lo son los diferentes tratamientos qumicos en el mercado que coadyuvan a la proteccin optima de los materiales en cuestin.

1. Tipos de corrosin

Los presentes tipos de corrosin se clasifican de manera metdica de acuerdo con el aspecto del metal corrodo. Cada uno de estos tipos se interrelacionan en diversos grados:1.1. Ataque corrosivo uniforme o general.Se caracteriza por una reaccin electroqumica o qumica que procede de manera uniforme sobre la superficie completa del metal expuesto al ambiente corrosivo.1.2. Corrosin de dos metales o galvnica.El acero galvanizado, es un acero con un recubrimiento de zinc. En un ejemplo en el que se dice que existe un metal es de sacrificio (zinc), protegiendo al otro (acero).

Imagen 1 Vista de corrosin galvnica1.3. Corrosin por picaduras.Las picaduras son una forma de ataque corrosivo localizado que produce hoyos o picaduras en un metal. Esta forma de corrosin es muy destructiva para las estructuras de ingeniera si se llega a perforar el metal.

Imagen 2 Corrosin por picaduras1.4. Corrosin por agrietamiento.Este tipo de corrosin es una forma de corrosin electroqumica localizada que puede ocurrir en las grietas y bajo superficies recubiertas donde sea posible que existan soluciones estancadas. Este tipo de corrosin es importante para la ingeniera dado que ocurre en lugares como juntas, remaches y pernos.

Imagen 3 Corrosin por agrietamiento intergranular1.5. Corrosin intergranular.Este ese presenta como un ataque corrosivo localizado adyacente a las fronteras de grano de una aleacin. En esta, si un metal se corroe de manera uniforme, las fronteras de grano solo sern un poco ms reactivas que la matriz, sin embargo en otras circunstancias, las regiones de la frontera de grano pueden ser muy reactivas, provocando perdida de resistencia de la aleacin incluso aun la desintegracin de las fronteras de grano.

Imagen 4 Material bajo corrosin intergranular1.6. Corrosin por erosin.Puede definirse como la aceleracin en la velocidad del ataque corrosivo a un metal debido al movimiento relativo de un fluido corrosivo y de la superficie metlica. Cuando el movimiento del fluido es rpido, los efectos del desgaste y la abrasin mecnicos pueden ser severos.1.7. Dao por cavitacin.Este tipo de corrosin por erosin resulta de la formacin y el colapso de las burbujas de aire o de las cavidades llenas de vapor en un lquido cerca de una superficie metlica. Con repetidos colapsos de burbujas de vapor es posible producir considerables daos a la superficie metlica.1.8. Corrosin por friccin o desgaste.En el caso de la corrosin por desgaste de metales, los fragmentos metlicos entre las superficies en frotamiento se oxidan y algunas pelculas de xido se desprenden por la accin de desgaste. En consecuencia, hay una acumulacin de partcula de xido que acta como un abrasivo entre las superficies en contacto rgido tales como las que se encuentran entre ejes y cojinetes o camisas [1].

Imagen 5 Corrosin por fatiga2. La corrosin segn estado o ambiente del material expuesto

2.1. Corrosin qumica.En la corrosin qumica, es decir en la disolucin directa, un material se disuelve en un medio corrosivo lquido. El material expuesto a este tipo de corrosin seguir son su proceso de disolucin en dicho ambiente, por ello se consumir totalmente o en todo caso hasta que se sature el lquido [3].2.2. Corrosin electroqumica.Como tal la corrosin electroqumica, es la ms comnmente presente en el ataque de los metales. Conforme se consume gradualmente el metal, se forma un subproducto de este proceso.La corrosin electroqumica ocurre con mayor frecuencia en un ambiente acuoso, esto por la presencia de iones en el agua o en el aire hmedo. Comnmente aquellas celdas electroqumicas se conocen como celdas galvnicas y se pueden distinguir de tres tipos:1. Celdas por composicin:La composicin o corrosin de metales diferentes se desarrolla cuando dos metales o aleaciones, forman una celda electroltica.2. Celdas por esfuerzo:Se desarrollan cuando un metal contiene regiones con distintos esfuerzos, las regiones con esfuerzos ms elevados o de mayor energa actan como nodo en relacin con otras reas catdicas con menos esfuerzos.3. Celdas por concentracin:Se desarrollan debido a diferencias en el electrolito, una diferencia en la concentracin de iones metlicos conlleva a una diferencia de potencial electrodico, que de acuerdo con la Ec. De Nernst; el metal en contacto con la solucin ms concentrada ser el ctodo, por otra parte el que este en contacto con la solucin ms diluida ser el nodo [2].

3. Mtodos de medicin de la velocidad de corrosin

Un factor muy importante a mencionar en el campo de la corrosin es sin duda una de las mayores preocupaciones de la alta ingeniera en el sector industrial, y es que un factor determinante es la velocidad a la que avanza la corrosin independientemente del tipo que sea, con el objetivo de asegurar mtodos de mejora y monitoreo constantes para tomar acciones preventivas confiables en campo.Los factores que influyen en la velocidad de corrosin son: Humedad del aire. Presencia de gases. Presencia de polvo

3.1. Determinacin de la velocidad de corrosin por mtodo de medicin por gravimtrico:Determina la velocidad de corrosin por la prdida de espesor que esta dada en (mm/ao) en el material expuesto o por la prdida de masa (mdd).

mdd= mg/dm2/da

La siguiente tabla nos indica la estimacin de la resistencia a la corrosin de los materiales.

Tabla 1 Estimacin de la resistencia a la corrosin

3.2. Determinacin de la velocidad de corrosin por mtodos electroqumicos:La corrosin la electroqumica sucede gracias a la formacin y movimiento de partculas con carga elctrica. A los procesos parciales andicos y catdicos les corresponde una intensidad proporcional a la velocidad del fenmeno, por lo que se puede determinar la velocidad de la corrosin midiendo la magnitud de la intensidad de corriente elctrica del proceso. nodo: Polo positivo en un par galvnico, es el que se corroe. Ctodo: Polo negativo en un par galvnico, es el que se protege. Intensidad de la corrosin: I =IIal = IIcl

3.3. Resistencia de polarizacin:Este mtodo permite calcular la I mediante las curvas de polarizacin ya que estas son prcticamente rectas en un pequeo entorno de Ecorr, y su pendiente est relacionada con la velocidad de corrosin.

= constante de Tafel su valor es:

Donde es la pendiente de la rama andica y la rama catdica. 3.4. Mtodo de interseccin:Mtodo que permite calcular la I mediante las curvas de polarizacin, al sustituir estas por rectas. Su interseccin determinara la I.3.5. Proteccin electroqumica contra la corrosin:Todo mtodo consistente en forzar en la superficie metlica un potencial que haga despreciable la velocidad de corrosin [4].

4. Proteccin contra la corrosin

Las medidas de proteccin comnmente empleadas para proteger los elementos metlicos del fenmeno de corrosin, vas desde lo que conocemos como tratamientos trmicos, en los que el metal en cuestin se somete a una serie de procesos que constituyen en la modificacin de la superficie metlica con el objetivo de protegerlos contra la corrosin, principalmente en ambientes marinos e industriales.Entre otros procesos podemos considerar la pintura, los procesos de electrodeposicin, el galvanizado por inmersin en caliente, la proteccin trmica, los recubrimientos andicos en metales pasivables y los recubrimientos de endurecimiento superficial [4].

4.1. Evaluacin de condiciones de riesgo de corrosin:Segn la norma ISO-9223, la corrosividad atmosfrica se clasifica en 5 categoras:I. C1 muy baja: Ambientes interiores limpios y calefaccionadosII. C2 baja: Ambientes rurales e interiores con algn riesgo de condensacin III. C3 media: Ambientes urbanos o industriales de moderada contaminacin e interiores de naves industriales de alta humedad relativa y presencia de contaminantes.IV. C4 alta: reas industriales y costeras de moderada salinidad e interiores de plantas qumicas, piscinas temperadas, astilleros, barcos.V. C5 I Industrial muy alta: reas industriales de alta humedad y ambientes agresivos e interiores de condensacin casi permanente y alta contaminacin.VI. C5 M Marino, muy alto: reas costeras de alta salinidad e interiores de condensacin casi permanente y alta contaminacin.

4.2. Preparacin de la superficieCualquiera que sea la estrategia de proteccin a desarrollar por el personal destinado a tal fin, una de las acciones principales e irrevocables es el adecuado tratamiento de la superficie a proteger.Esto es particularmente de suma importancia no solo por el aspecto tcnico y visual sino porque el costo de la preparacin de la superficie supera hasta en un 50% del costo total de proteccin, en tanto que el costo de la pintura se sita alrededor del 30% del costo total.Es importante conocer el grado de corrosin de una superficie de acero, conocida como intemperismo para determinar la correcta forma de prepararla para recibir el esquema de proteccin adecuado a las condiciones a las que estar expuesta. Estas son: GRADO A: Superficie completamente cubierta por cascarilla de laminacin intacta con poca o ninguna corrosin. GRADO B: Superficie con incipiente corrosin atmosfrica: la cascarilla ha comenzado a agrietarse. GRADO C: La corrosin elimina la cascarilla de laminacin agrietada dejando solo oxidacin. GRADO D: La cascarilla ha sido removida completamente y a aparecer corrosin por picaduras.La preparacin de las superficies se clasifica segn el mtodo de limpieza en cuestin, pueden ser Qumicos, Fsicos y Arenados / Granallados

Imagen 6 Ejemplo de proceso de galvanizado

5. Metalografa

La metalografa es la parte de la metalurgia que estudia las caractersticas estructurales o de constitucin de los metales y aleaciones, para relacionarlas con las propiedades fsicas, mecnicas y qumicas de los mismos.La importancia del examen metalogrfico radica en que, aunque con ciertas limitaciones, es capaz de revelar la historia del tratamiento mecnico y trmico que ha sufrido el material.A travs de este estudio se pueden determinar caractersticas como el tamao de grano, distribucin de las fases que componen la aleacin, inclusiones no metlicas como sopladuras, micro cavidades de contraccin, escorias, etc., que pueden modificar las propiedades mecnicas del metal.En general a partir de un examen metalogrfico bien practicado es posible obtener un diagnstico y/o un pronstico.El examen metalogrfico puede realizarse antes de que la pieza sea destinada a un fin, a los efectos de prevenir inconvenientes durante su funcionamiento, o bien puede ser practicado sobre piezas que han fallado en su servicio, es decir, piezas que se han deformado, roto o gastado. En este caso la finalidad la prctica es la observacin de cmo es la degradacin del material y de como se observa el tipo de falla que se produjo en la pieza a examinar.

6. Desarrollo de la prctica

6.1. Objetivo de la prctica:El objetivo de la prctica de esta dado en la argumentacin terico-prctica de los conceptos involucrados en clase, proveyendo al lector de informacin til sobre los fenmenos actuales de la industria, para dar conciencia de las buenas prcticas en campo para frenar o contrarrestar los efectos que causan en muchos casos, un deficiente desempeo de maquinaria y redes de servicio indispensables, mismas que al no darles un seguimiento pueden en el peor de los casos afectar la productividad de una planta, y con ello dar cabida a altos costos de mantenimiento, as como paros inesperados de maquinaria en lneas de proceso por fallas como las previamente citadas en el aspecto terico de este ensayo.El interesado tendr oportunidad de observar el comportamiento del material frente a la degradacin que ocurre en la superficie o bien la perdida de propiedades del material o compuesto, con ello el lector podr identificar con mayor facilidad al haber comprendido cada una de las cuestiones y descripciones tratadas profundizando en los temas correlacionados con el fenmeno de la degradacin, dar y aportara soluciones ptimas para combatir estos fenmenos en los materiales que se presten para su estudio con los mtodos de control y prevencin de dichos aspectos.

6.2. Descripcin de la practicaSe coloca la pieza sometida a la inspeccin visual con microscopio, en la posicin que nos facilite la vista de la superficie del material a observar y que tenga indicios de degradacin, este se colocara cuidadosamente en la lente del microscopio para observar que tan severa pudiera estar la degradacin presente en los granos de la superficie de la muestra.La oxidacin y desgaste de los materiales, es un hecho que tiene lugar en cualquier ambiente, las siguientes imgenes nos dan muestra de este fenmeno, en ellas se puede apreciar las caractersticas en las que se encuentran algunos materiales puestos a observacin. La Ilustracin 7 nos da una visualizacin de la degradacin y prdida de propiedades del material plstico, producto de un prolongado tiempo de exposicin a los rayos solares y a ambientes poco favorables, causando un severo agrietamiento intergranular del slido.

Ilustracin 7 Agrietamiento de un polmero con un alto grado de descomposicin

La siguiente muestra es un material cristalizo transparente mismo que no queda exento de la corrosin con el pasar del tiempo y de las inclemencias del ambiente en el que se encontraba, la coloracin de este material en un claro ejemplo de la corrosin de su superficie, las tonalidades de colores observadas en este material dan referencia a una variedad de etapas de corrosin por las que est pasando, es decir que no es una corrosin uniforme si no que las tonalidades son traducidas como reas con un avance distinto en la corrosin u oxidacin.

Ilustracin 8 Oxidacin de un material cermico

Otro material puesto bajo observacin fue el de la siguiente ilustracin el cual nos hace referencia a una ruptura del elemento.

Ilustracin 9 Fractura de desgaste por torsin en barra cilndrica de aluminio

La siguiente y ltima representacin corresponde a un material ferroso con un gran avance de corrosin general, dado que toda la superficie del mismo est recubierta por una capa de residuos oxidantes, este solido corresponde a una muestra de acero 1018.

Ilustracin 10 Estado de un metal expuesto a ambientes corrosivos

Conclusin

Despus de haber finalizado en el siguiente trabajo podemos concluir que este fenmeno trae consigo diversos factores, los cuales intervienen en el proceso natural o provocado de los metales, dentro de los ya mencionados. Otras variables que se estudiaron que influyen pueden ser la presin y temperatura.

El estudio de la corrosin y de los mtodos para su prevencin requiere de esfuerzos multidisciplinarios. Ya que factor corrosin es fundamental en el proceso de seleccin de materiales, diseo de las estructuras, pinturas, la parte elctrica del material y la manera de aislar los materiales del medio. Son mltiples los sistemas de proteccin existentes y la experiencia ha demostrado que muchas veces la solucin ptima se alcanza integrando varios de ellos. Por esto mismo la parte ms estudiada de este proceso es la forma de prever este problema aunque el costo es elevado pero se ver recuperado a lo largo del trabajo del material ya que tendr una vida ms til y se reducirn los costos de mantenimiento y reparacin del mismo.

La corrosin trae consigo un significativo costo en los estudios, el xito de estos depender si es capaz de controlar el fenmeno, dando una vida til al metal y reduciendo costos de manutencin y reparacin.

Bibliografa

1. Fundamentos de la ciencia e ingeniera de los materiales, 4 Edicin. Edit. McGrawhill, William F. Smith.2. Ciencia e ingeniera de los materiales, 3 Edicin. Edit. Thomson, Donnald R. Askeland.3. Ciencia e ingeniera de los materiales, 4 Edicin. Edit. Thomson, Donnald R. Askeland.4. Ciencia y tecnologa de los materiales problemas y cuestiones, Edit. Pearson Prentice hall, Cembrero C. Jess, Ferrer G. Carlos, Pascual G. Manuel, ngel P. Puig Miguel.5. Amig Borras Vicente, Salvador Moya Mara Dolores, fundamentos de ciencia de los materiales, universidad politcnica de valencia, servicio de publicaciones.