El acero es una aleación de hierro y carbono en un porcentaje de este último elemento variable entre el 0,008% y 2.11% en masa de su composición.1La rama de la metalurgia que se especializa en producir acero se denomina siderurgia o acería.
El acero producido antes de la detonación de las primeras bombas atómicas es acero de bajo fondo, no contaminado por radionucleidos.
No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal duro y relativamente dúctil, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos, formándose un compuesto intersticial.
La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,008 % y el 2.11%;1 a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.
Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes según su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; además de la austenita (para mayor información consultar el artículo Diagrama hierro-carbono).
El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas. Sin embargo, si la aleación posee una concentración de carbono mayor del 2.11 %, se producen fundiciones,1 que son mucho más frágiles que el acero y no es posible forjarlas, sino que tienen que ser moldeadas.
Existen muchos tipos de acero en función del elemento o los elementos aleantes que estén presentes. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones específicas reciben denominaciones particulares en función de múltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o «al carbono» que además de ser los primeros fabricados y los más empleados,2 sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».3 fuente : wikipedia :https://es.wikipedia.org/wiki/Acero
CENTROIDES Y MOMENTOS DE INERCIA DE AREAS PLANAS.pdf
Propiedades y tipos de aceros
1.
2.
3. Se denomina Acero a aquellos productos
ferrosos cuyo porcentaje de Carbono está
comprendido entre 0,05 y 1,7 %.
El Acero es uno de los materiales de
fabricación y construcción más versátil y
adaptable. Ampliamente usado y a un precio
relativamente bajo, el Acero combina la
resistencia y la trabajabilidad, lo que se
presta a fabricaciones diversas. Asimismo sus
propiedades pueden ser manejadas de
acuerdo a las necesidades especificas
mediante tratamientos con calor, trabajo
mecánico, o mediante aleaciones.
El Acero funde entre 1400 y 1500ºC
pudiéndose moldear más fácilmente que el
Hierro.
Resulta más resistente que el Hierro pero es
más propenso a la corrosión. Posee la
cualidad de ser maleable, mientras que el
hierro es rígido.
4. La composición de un acero viene definida por su fórmula química,
fundamentalmente hierro y carbono, así como la presencia de una
variada gama de metales que aportan las características especiales
y necesarias para cada tipo de utilización.
Para la elaboración del acero en horno eléctrico (hoy en día el más
usado) se parte de chatarra seleccionada que se mezcla con
ferroaleaciones para obtener la composición química y
especificación deseada, siendo imprescindible la adición de otros
elementos, denominados fundentes, que colaboran en el proceso
de obtención del acero absorbiendo y eliminando los elementos
indeseables.
5. LA CHATARRA
La principal materia prima
en la fabricación del acero
en horno eléctrico es la
chatarra, cuyo coste puede
presentar el 50% de los
costes de producción de
una palanquilla de acero al
carbono, y cuyas
propiedades y
características van a
repercutir en el producto
final obtenido
LAS
FERROALEACIONES
Las ferroaleaciones son
combinaciones de hierro
con manganeso y silicio,
principalmente, y de bajo
contenido en fósforo y
azufre, que se añaden en el
baño para conseguir la
composición final deseada
en el acero. En ocasiones
se añaden metales puros.
Los más utilizados suelen
ser el Ni, ,Co , Cu y Al.
LOS FUNDENTES
La principal función de los
materiales fundentes es la
formación de una escoria
que recoja, durante los
procesos de fusión y afino,
los elementos que se
introducen con la carga que
pueden ser perjudiciales
para el acero final, dejando
el baño limpio de
impurezas.
6. El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad
de carbono (siempre menor al 1,76%).
El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación
que se denomina afino, uno de los métodos más empleados para
realizar el afino es el sistema de inyección de oxígeno (LD). Este
sistema consiste en lo siguiente:
7. ¿Qué metemos en el convertidor?
A) ARRABIO: Nada más sacarlo del alto
horno (antes de que se enfríe) ya se
mete en el convertidor. Recordamos que
el arrabio tiene hierro, carbón e
impurezas.
B) CHATARRA de hierro: Procedente de
coches, electrodomésticos,...
D) OXIGENO: Se inyecta a presión en el
centro del convertidor a través de tubo con
forma de lanza, y con ello conseguimos
quemar parte del carbón que no se había
quemado en el alto horno
C) FUNDENTE: Recordamos que es
carbonato cálcico y que lo empleamos
como detergente para eliminar las
impurezas.
8. ¿Qué obtenemos del convertidor?
.
a) Escorias:
• El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar
formando la escoria.
.
b) Acero:
• En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el
carbón que no se ha quemado
Finalmente iniciamos el proceso de colada, para ello inclinamos
parcialmente el convertidor para que caiga solo la escoria (como cuando
tratamos de eliminar solo la nata que queda encima de un vaso de leche).
Una vez eliminada la escoria se vuelca totalmente el convertidor para que
caiga el acero dentro de los moldes que tendrán la forma de las piezas
que queremos obtener
9.
10. Los aceros se pueden mezclar con otros elementos
químicos (silicio, cromo, níquel, manganeso,....) para
obtener aceros aleados, pudiendo obtener en función del
elemento con el que juntemos y su cantidad podemos
obtener acero con múltiples propiedades y para múltiples
aplicaciones. Esto no ocurre así para las fundiciones.
Por ejemplo, el acero mezclado con cromo se vuelve
inoxidable o si le añadimos wolframio evitamos que se
ablande cuando se calienta demasiado.
11. Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los
elementos de aleación que producen distintos efectos en el
Acero:
ACEROS AL CARBONO
• Más del 90% de todos los aceros son
aceros al carbono. Estos aceros
contienen diversas cantidades de
carbono y menos del 1,65% de
manganeso, el 0,60% de silicio y el
0,60% de cobre. Entre los productos
fabricados con aceros al carbono figuran
máquinas, carrocerías de automóvil, la
mayor parte de las estructuras de
construcción de acero, cascos de
buques, somieres y horquillas.
12. ACEROS ALEADOS
• Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y
otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre
que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden
subclasificar en :
• ESTRUCTURALE
S
Son aquellos aceros que se emplean para diversas
partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y
palancas. Además se utilizan en las estructuras de
edificios, construcción de chasis de automóviles,
puentes, barcos y semejantes. El contenido de la
aleación varía desde 0,25% a un 6%.
• PARA
HERRAMIENTAS
Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas
para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto,
son materiales empleados para cortar y construir
herramientas tales como taladros, escariadores, fresas,
terrajas y machos de roscar.
• ESPECIALES
Los Aceros de Aleación especiales son los aceros
inoxidables y aquellos con un contenido de cromo
generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran
dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la
corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes,
ejes y rodamientos.
13. ACEROS DE BAJA ALEACIÓN
ULTRARESISTENTE
• Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero.
Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados
convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos
elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial
que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.
Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de
baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus
paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de
emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de
baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la
actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros
de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su
resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
14. ACEROS INOXIDABLES
• Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de
aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y
oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases
corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy
resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a
temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en
arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero
inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de
petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para
cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y
equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste
a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de
preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero
inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con
facilidad.
15. DUCTILIDAD: es la elongación que sufre la barra cuando
se carga sin llegar a la rotura. Las especificaciones estipulan
que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que
cierto porcentaje mínimo que varía con el tamaño y grado de
la propia barra
DUREZA se define como la propiedad del
acero a oponerse a la penetración de otro
material
RESISTENCIA A LA TENSIÓN, Es la máxima fuerza de
tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura,
dividida por el área de sección inicial de la barra. Se
denomina también, más precisamente, carga unitaria
máxima a tracción
16.
17. LÍMITE DE FLUENCIA, FY.-
Es la tensión a partir de la cual el material pasa a sufrir
deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de tensión,
si interrumpimos el traccionamiento de la muestra, ella volverá a su
tamaño inicial, sin presentar ningún tipo de deformación permanente,
esta se llama deformación elástica
TENACIDAD, viene siendo la conjugación de dos
propiedades: ductilidad y resistencia. Un material tenaz
será aquel que posee una buena ductilidad y una
buena resistencia al mismo tiempo
MALEABILIDAD, es la capacidad que prese
nta el acero de soportar la deformación, sin
romperse, al ser sometido a un esfuerzo de
compresión.
FATIGA, cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas,
este puede fallar debido a las grietas que se forman y propagan, en
especial cuando se presentan inversiones de esfuerzos, esto es conocido
como falla por fatiga, que puede ocurrir con esfuerzos menores a la
carga de deformación remanente.
18. LÍMITE DE FATIGA. Se evalúa en un diagrama Esfuerzo máximo
(resistencia ala fatiga) vs. el número de ciclos hasta la falla, estos
diagramas indican que la resistencia a la fatiga, de un acero
estructural, decrece con un aumento de número de ciclos, hasta
que se alcanza un valor mínimo que es el Limite de Fatiga. C
on la tracción considerada como positiva y la compresión negativa,
las pruebas también demuestran que a medida que disminuye la
relación entre el esfuerzo máximo y el mínimo, se reduce de modo
considerable la resistencia al a fatiga. Las pruebas indican además
que los aceros con resistencia a la tracción semejante tienen casi la
misma resistencia a la fatiga.
Estas propiedades se determinan mediante la
realización de diferentes pruebas o ensayos,
para determinar qué material es el que
emplearemos para el fin que le queramos dar.
19. Es la interacción del hierro con el medio que lo rodea
(oxígeno y humedad), produciéndose el consiguiente
deterioro del mismo en sus propiedades tanto físicas
como químicas, al formarse el herrumbre o hidróxido de
hierro (III).
La corrosión del acero es un fenómeno natural que afecta
a éste de una mayor o menor manera, en función de las
condiciones de contorno en las que se encuentra. La
existencia de humedad y de iones favorece los procesos
de corrosión, por lo que éstos suelen ser más frecuentes
e importantes en ambientes marinos.
A medida que avanza la corrosión se produce una
disminución de la sección resistente de las armaduras,
empeorando las características del acero de las
siguientes formas:
- Aumenta la deformación de las vigas bajo cargas de
servicio y disminuye su capacidad resistente última.
- Modifica el tipo de rotura, por ejemplo muchas vigas
que deberían romper a momento flector rompen a
cortante.
20. Así mismo, si el acero está embebido en el hormigón su corrosión produce la
aparición de óxidos cuyo volumen es mucho mayor que el material de partida.
Este aumento de volumen produce la aparición de presiones en el interior del
hormigón que, en casos extremos, pueden hacer saltar la capa de
recubrimiento, y en casos más normales producir la aparición de fisuras que
faciliten la entrada de agentes agresivos y, por lo tanto, aceleran los procesos
de oxidación en curso.
21. SEGUN LA FORMA
UNIFORME LOCALIZADA
Disolución uniforme de
la superficie
Por placas
Por grietas
Por picado
Intergranular
Fisurante
24. 1. CORROSIÓN UNIFORME
La corrosión uniforme se presenta cuando el material no exhibe diferencias en su microestructura y
el ambiente que lo rodea tiene una composición uniforme. Toda el área superficial se corroe a la
misma velocidad y podemos predecir la pérdida de material en un cierto período de tiempo. El
hecho de que el daño que se produce sea previsible hace que la corrosión uniforme sea menos
seria que la localizada. No obstante, la corrosión que se extiende sobre toda la superficie produce
una mayor contaminación en el medio ambiente. Pensemos el caso de tubos que conducen agua
potable, al corroerse los iones difundirán en el agua contaminándola. Si la corrosión es severa, la
cantidad de material disuelto será apreciable.
Existen tablas que reportan datos de velocidad de corrosión (uniforme) para diferentes materiales
en distintos medios. La velocidad de corrosión en agua de mar es más severa que en agua de río
para la mayoría de los metales. Esto se debe en gran parte a la gran concentración de iones
cloruro que existe en el agua de mar.
El diseño del equipo, estructura, dispositivo, etc., tiene menos influencia en la corrosión uniforme
que en la corrosión localizada. Una protección adecuada del material (ej: protección catódica, por
cubiertas protectoras, por inhibidores como se verá más adelante) puede minimizar el problema de
la corrosión general.
La corrosión por placas es un caso intermedio entre la corrosión uniforme y la corrosión
localizada. El ataque de la superficie metálica es general, pero no uniforme.
25. Es necesario tener en cuenta que un sistema en
corrosión no está en equilibrio. La cantidad de un
metal uniformemente corroído durante un período de
tiempo se puede determinar utilizando las leyes de
Faraday. Así el peso w del metal corroído en una
disolución acuosa en un tiempo t será igual a:
w= ItM
(1)
nF
donde:
I: Flujo de corriente (en amperes=A)
M: masa atómica del metal (g/mol)
n=número de electrones/átomo producido o consumido en el proceso
F: Constante de Faraday.
t= tiempo
Generalmente en corrosión se utiliza un valor de
corriente ipor unidad de área (densidad de corriente,
en Acm-2), por lo que I=iA y reemplazando en la
ecuación (1):
w = iAtM
nF
26. B) CORROSIÓN LOCALIZADA:
La corrosión localizada se produce cuando las
áreas anódicas (de oxidación) y las catódicas (de
reducción) están separadas unas de otras dando
lugar a la disolución del metal en un área
restringida. La corrosión localizada puede ocurrir
tanto a escala microscópica como macroscópica de
diversas formas tales como:
-
1) Corrosión por picado y corrosión por
grietas:
• La corrosión por picado es muy localizada y, eventualmente puede perforar el metal, de allí su
peligrosidad. El picado es causado por la ruptura local de la película de óxido protector que cubre el
metal. Frecuentemente las picaduras son difíciles de detectar ya que los pequeños agujeros son
tapados por productos de corrosión y por ese motivo puede provocar fallos inesperados. Si bien la
cantidad de metal que se disuelve es poca si ocurre una perforación podrá poner, por ejemplo, fuera
de servicio un tubo de un intercambiador de calor, con la necesidad de la parada de planta para su
recambio. Si ocurre el picado de un tanque, una cañería subterránea, etc., producirá severos daños en
el ambiente (contaminación de suelos, fuentes de agua, etc) y pérdidas del producto. Los cloruros son
aniones muy agresivos que causan picado en metales tales como aceros (al carbono e inoxidable) y
aluminio y aleaciones entre otros.
27. Tabla 2. Resistencia relativa al ataque por picado de algunas aleaciones
resistentes a la corrosión uniforme en orden creciente (1 corresponde al de
menor y 5 al de mayor resistencia a la corrosión)
1.Acero inoxidable tipo AISI 304
2.Acero inoxidable tipo AISI 316
3.Hastelloy F, Nionel o Durimet 20
4.Hastelloy C o Chlorimet 3
5.Titanio
Cuando un metal está totalmente sumergido la corrosión se puede acelerar en
ciertas regiones tales como grietas (aberturas de unos pocos milímetros),
donde el flujo de solución está restringido (regiones estancadas). Este tipo de
corrosión es frecuente encontrarla en juntas, remaches, pernos, tornillos, entre
válvulas, bajo depósitos porosos.
28. Tanto en el caso de corrosión por picado como en el de corrosión por
grietas entre el interior y el exterior de la grieta o picadura puede ocurrir que
aparezca una diferencia de concentración de iones o de oxígeno (celda de
aireación diferencial). Allí la pequeña región interna de la grieta se transforma en
ánodo y la externa en cátodo.
Fig.2 : reacciones de corrosión en la superficie de acero.
29. -
2) Corrosión intergranular
• La corrosión intergranular se produce en los límites de grano de una aleación. Un caso
típico es el del acero inoxidable AISI 304 (18 % Cr; 8% de Ni) que contiene 0.06 a 0.08 %
de carbono, estos aceros son calentados o enfriados lentamente dentro del rango de
temperaturas de 500 a 800 oC (rango de sensibilizado). En ese intervalo de temperaturas
los carburos de cromo pueden precipitar en los límites de grano con lo que se llega a la
condición de acero sensibilizado . Las regiones adyacentes a los límites de grano se
empobrecen de cromo. El nivel de cromo puede descender por debajo de 12 % (mínimo
necesario para el comportamiento pasivo). Estas áreas de bajo contenido en cromo se
convierten en ánodos respecto al resto de las partículas de grano que son los cátodos.
• Cuando se efectúan soldaduras es frecuente que las zonas adyacentes hayan sido
expuestas a temperaturas en el rango de 500-800 oC por lo que precipitará carburo de
cromo en los límites de grano, y se habrá sensibilizado (Fig. 4). La junta soldada deberá
ser calentada para disolver los carburos de cromo y evitar la corrosión intergranular.
30. Fig. 4
Corrosión
intergranular
de una
soldadura de
acero
inoxidable
-
3) Corrosión Fisurante
• Se forman fisuras transgranulares o intergranulares que se propagan
hacia el interior del metal. Se producen en metales sometidos a
tensiones de tracción en un medio corrosivo como se verá
seguidamente.
31. • Este tipo de corrosión se produce cuando se combina un ambiente
corrosivo con tensiones intensas que actúan sobre el metal. El
ataque no parece muy intenso pero su gravedad radica en que se
producen fisuras que se propagan a lo largo de la sección del metal.
Los esfuerzos pueden estar originados por la presencia de metales
con diferentes coeficientes de dilatación térmica, por diseños
defectuosos, etc.
• La fisura comienza en general en una discontinuidad superficial y su
frente avanza en forma perpendicular a las tensiones. Si se frena el
esfuerzo o se inhibe la corrosión el avance de la grieta se frena.
• Por lo tanto, este tipo de corrosión se puede impedir eliminando o
reduciendo la fuente de tensión, el ambiente corrosivo, cambiando el
metal (ej: acero inoxidable por titanio en presencia de agua de mar),
por protección catódica o uso de inhibidores.
a)
Corrosión
por
esfuerzo o
tensión
(fisurante)
• Se produce por el desgaste de la superficie en contacto con un fluido
cuyo movimiento es rápido. Se caracteriza por la aparición de surcos,
valles, hoyos que en general se observan en la dirección del fluido.
Por otra parte este desgaste también ocasiona la abrasión de las
películas protectoras de óxidos o cubiertas que protegen el materia,
favoreciendo la disolución metálica.
b) Por
erosión
32. • Es causada por burbujas de vapor originadas por cambios
bruscos de presión que chocan contra la superficie del metal y
pueden provocar severos daños sobre el mismo, ocasionando
el desprendimiento de películas superficiales, disminuyendo el
espesor en zonas localizadas, etc.
c) Por cavitación
• Ocurre entre metales sometidos a vibración o
deslizamiento. El óxido que se desprende puede
actuar como abrasivo agravando aún más la situación.
d) Por
frotamiento
• Se produce en aleaciones en las que un metal se disuelve en
forma preferencial. Un caso típico es el de los latones en los
que el zinc (aleado al cobre) se elimina selectivamente.
También en las aleaciones cobre-níquel con algo de zinc, el
zinc se elimina preferencialmente dejando una superficie
esponjosa y débil. También ocurre con el estaño en aleaciones
de cobre.
e) Por disolución
selectiva
(lixiviación)
33. • Las celdas de concentración de oxígeno se desarrollan
cuando existe una diferencia en la concentración de
oxígeno entre dos sitios de la superficie húmeda de un
metal. Son especialmente importantes en el caso de
metales que no desarrollan óxidos protectores como es
el caso del hierro.
• Consideremos una celda de concentración con dos
electrodos de hierro idénticos sumergidos en soluciones
con distintas concentraciones de oxígeno como la que
muestra la figura siguiente:
f) Celdas de
concentración
( aireación
diferencial,
diferencia de
pH)
Fig. 5: Una celda de concentración de oxigeno.
Qué electrodo será el ánodo? La reacción de la
celda tenderá a igualar la concentración de
oxígeno en ambos compartimientos por lo tanto
donde hay mayor concentración de oxígeno
éste se reducirá y los electrones necesarios
serán provistos por la disolución del hierro del
otro compartimiento que consecuentemente
será el ánodo. Por lo tanto, en general las zonas
más pobres de oxígeno serán ánodos y allí la
corrosión del metal se acelerará
34. • Los microorganismos se adhieren a la superficie metálica formando lo
que se conoce como biofilm. El biofilm está constituido por una matriz
de material polimérico en el que se encuentran embebidos los
microorganismos, sus productos metabólicos y material inorgánico.
Los microorganismos pueden acelerar el proceso de corrosión
localizada de diversas formas entre ellas: a) La remoción del oxígeno
por parte de los microorganismos aeróbicos da lugar al
empobrecimiento local del mismo, y a la aparición de celdas de
concentración. b) Los productos metabólicos de distinta naturaleza
tales como ácidos orgánicos, sulfuros, de características agresivas,
favorecen el proceso de disolución de los óxidos pasivantes y del
metal; c) Los microorganismos pueden romper localmente la película
pasivante o los recubrimientos protectores creando sitios anódicos; d)
Los microorganismos pueden degradar los inhibidores de corrosión o y
la matriz polimérica puede impedir su difusión hacia la superficie
metálica.
g) Por
microorganismos
• El ataque por hidrógeno es el que se produce
por la reacción del hidrógeno con los carburos
del acero formando metano y dando lugar a la
formación de ampollas, huecos internos,
decarburización, etc. El hidrógeno puede migrar
desde la superficie hacia las inclusiones
interiores donde se nuclea y genera aumento de
presión que da lugar a deformaciones y
rupturas.
h) Daño por
hidrógeno
35. • La magnitud de la diferencia de
potencial no aporta información acerca
de la velocidad a la que ocurrirá ese
proceso, que dependerá de numerosos
factores tales como el área relativa del
cátodo y el ánodo, de la composición
del electrolito, de la temperatura, de la
polarización. En la Tabla 3 se marcan
con sombreado los metales y
aleaciones metálicas que al ponerse en
contacto con los metales (B) sufrirán
corrosión galvánica en condiciones
estándar.
Cuando dos metales están en contacto
y ambos están sumergidos en un
electrolito fluirá corriente a través de
ellos. El menos noble (más difícilmente
reducible, mayor potencial estándar)
será el que actuará como ánodo y el
más noble como cátodo Tabla 4. Si se
alteran las condiciones estándares
(T=298 K y concentración 1M) y se
cambia por ejemplo la composición del
electrolito a la correspondiente al agua
de mar vemos que la serie de
potenciales se ve alterada. Así por
ejemplo la tendencia relativa a oxidarse
del níquel y el titanio disminuyen en
agua de mar como se observa en la
Tabla 4.
i) Pilas
galvánicas.
Corrosión
galvánica
36. ia) Influencia de la composición del electrolito sobre las reacciones de la
celda galvánica
Consideremos una pila galvánica en la que los electrodos de hierro (Eo= -0.44 V) y
cobre (Eo = 0.37 V) están sumergidos en una disolución acuosa. De acuerdo a las
características de la solución podrán ocurrir diferentes reacciones catódicas (Tabla
5) que acompañarán a la reacción anódica de disolución del hierro:
Fe ---> Fe2+ + 2 e-
Tabla 5 Reacciones que ocurrirán en el cátodo de cobre de una celda
galvánica Fe-Cu de acuerdo al electrolito
Reacción del cátodo que acompaña a la
oxidación del hierro
Electrolito
1. Deposición metálica del cobre Contiene iones Cu2+
2.Desprendimiento de hidrógeno No contiene iones Cu2+ y no contiene
oxígeno
3.Reducción de oxígeno (solución
ácida)
O2 + 4 H+ + 4 e---> 2 H2O
Solución ácida con oxígeno (aireada)
4. Reducción de oxígeno (solución
alcalina o neutra)
O2 + 2 H2O + 4 e---> 4 OH-
Solución alcalina o neutra sin la presencia
de iones cobre.
37. ib) Celdas galvánicas microscópicas
Las celdas galvánicas pueden formarse también a nivel microscópico en metales y aleaciones por
diferencias en su composición, estructura y concentración de tensiones. Teniendo en cuenta los
factores metalúrgicos que le dan lugar podemos encontrar:
1. Celdas galvánicas por fronteras intergranulares
2. Celdas galvánicas multifásicas
3. Celdas galvánicas por impurezas.
1. En muchos metales las fronteras intergranulares son más activas (más anódicas) que la matriz
granular. El motivo de este comportamiento anódico se relaciona con la alta energía que tiene esta
zona debido a la desorganización atómica, también puede existir segregación de soluto y migración de
impurezas hacia las fronteras. (Recordar que cuando se estudio imperfecciones cristalinas se vio los
límites de granos como uno de ellas). Existen casos sin embargo en que el proceso es inverso y la
frontera intergranular es el cátodo. Estas dos situaciones se muestran en las figuras siguientes:
Fig. 6 Corrosión en o cerca de
las fronteras de grano. a) La
frontera de grano es el ánodo
de una celda galvánica y sufre
corrosión b) La frontera de
grano es el cátodo y las
regiones adyacentes sirven de
ánodos.
38. Uno de los ejemplos más importantes de este tipo de corrosión es la que tiene lugar en
algunos aceros inoxidables austeníticos (18% Cr, 8 % Ni) que se ha visto previamente
entre los casos de corrosión localizada (corrosión intergranular).
2. En una aleación de fase múltiple se crean celdas galvánicas entre las fases. Un
ejemplo lo constituye la fundición de hierro gris perlítica que consta de hojuelas de
grafito en una matriz perlítica. El grafito es más noble (más fácilmente reducible) que la
matriz circundante creando celdas galvánicas muy activas.
3. Las impurezas en un metal o aleación pueden conducir a la precipitación de fases
intermetálicas. Muchos metales contienen cierto grado de impurezas que es muy
costoso eliminarlas y que dan lugar a la formación de regiones anódicas o catódicas
muy pequeñas.
39. La corrosión intergranular del acero
austenítico puede ser controlada de la
siguiente formas:
1. Utilizando un tratamiento de
calentamiento a alta temperatura después
de soldar, seguido de un enfriamiento con
agua. Así los carburos serán redisueltos y
podrán volver a formar la solución sólida.
2. Añadiendo aleantes tales como el niobio
y titanio que tienen mayor afinidad por el
carburo que el cromo.
3. Bajando el contenido de carbono por
debajo del 0.03 % (Acero 304L "L"del
inglés "Low" bajo contenido en carbono).
40. Para prevenir la corrosión por grietas es necesario tener en cuenta
ciertas recomendaciones en el diseño de las instalaciones:
1. Utilizar ensambles soldados en vez de remachados o atornillados.
2. Diseñar dispositivos para drenaje de soluciones estancadas.
3. Usar juntas no absorbentes, tales como Teflon por ejemplo.
41. La manera más simple de evitar la corrosión es formar una barrera entre el
metal y la atmósfera . Esta puede ser:
una capa de pintura (pinturas de minio: óxido de plomo)
una capa de aceite (grasas, plásticos sintéticos)
Otra forma consiste en recubrir el hierro de una fina capa de otro metal más
activo frente al oxígeno, como el cinc o cromo (hierro galvanizado).
Normalmente Se forma una pila electroquímica, donde el metal más activo hace
de ánodo de sacrificio y se oxida, así se protegen las tuberías subterráneas de
hierro o los cascos de los barcos, que quedan protegidas catódicamente.