REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIN SUPERIORINSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGA DR FEDERICO RIVERO PALACIODEPARTAMENTO DE MECNICAQUIMICA APLICADA

CORROSION BAJO TENSIN

ELABORADO POR:

CARACAS, JULIO 2013

Corrosin bajo tensin:La corrosin bajo tensin se presenta como un fenmeno de agrietamiento que sufren ciertas aleaciones cuando estn en contacto con medios corrosivos y sometidas a una tensin que puede ser externa, tal como la tensin de trabajo, o interna, debida a la conformacin en frio del material, pero ha de tener siempre una componente de traccin. En muchas ocasiones la corrosin bajo tensin se presenta en muchas aleaciones de uso industrial y muy pocas veces en metales puros.Las grietas por lo general tienden a iniciarse en el punto de mxima concentracin de tensiones y se propagan perpendicularmente a estas, las tensiones pueden deberse a la accin de una carga externa o a la existencia de tensiones residuales no eliminadas en el proceso de fabricacin.Durante la corrosin bajo tensin el ataque que recibe la superficie es generalmente muy pequeo puede ser impredecible y aparece tras pocas horas, meses o aos de servicio satisfactorio, el agrietamiento debido a tensiones cclicas reciben el nombre de fatiga-corrosin, por lo general se suele separar el estudio de la corrosin bajo tensin y fatiga-corrosin ya que los mecanismos que provocan dichos fenmenos son distintos.La corrosin bajo tensin no est limitada a los metales y sus aleaciones. Se sabe tambin que los plsticos lo sufren, sin embargo su estudio es relativamente nuevo, el vidrio tambin sufre este fenmeno siendo un caso de particular inters, su estudio comenz en los aos 60 y en 20 aos ya se haba desarrollado un mecanismo que recibi aceptacin general, en un estudio donde Las reacciones que tienen lugar en el fondo de una fisura, pudieron ser seguidas mediante espectroscopia de infrarrojo, usando tcnicas que aplican la transformada de Fourier, para poder seguir as la reaccin en funcin del tiempo.La corrosin bajo tensin en los metales: A mediados del siglo XIX tras el uso de materiales metlicos como el hierro forjado y la produccin y uso masivo de aleaciones tales como el bronce, el acero, el aluminio entre otros. Llevaron a la aparicin de fenmenos tales como la fragilidad caustica de calderas o la ruptura o season cracking de los latones, por lo que un tiempo ms tarde se comprobara que prcticamente todos los metales y aleaciones, sometidos a tensin y simultneamente, expuestos a la accin de ciertos medios corrosivos podan presentar fracturas prematuras, desde entonces en ms de 150 aos no hay un mecanismo de corrosin bajo tensin que sea de aceptacin general. Hoy en da se sabe que los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frio, soldadura, tratamientos trmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operacin del equipo.A pesar de las adversidades que podran encontrarse en el estudio de la corrosin bajo tensin en metales, se pueden desglosar en dos campos bien definidos:1) Estudios estadsticos de la corrosin bajo tensin.2) Estudios de mecanismos de la corrosin bajo tensin.Estudios estadsticos de la corrosin bajo tensin:Un grupo de investigadores ha encarado el estudio de la probabilidad de aparicin de fallas por corrosin bajo tensin, as como la probable vida til de un componente que presente estados iniciales de fisuras.RogerStaehle realizo investigaciones en tres actividades industriales como son: la industria nucleoelctrica, industria aeronutica, repositorios nucleares, donde se ha aprendido a convivir con las fisuras. Los reactores del tipo BWR (Boiling Water Reactors) utilizan acero inoxidable sensitizado, en agua que contiene oxigeno generado por radiolisis. Este proceso sufre corrosin bajo tensin intergranular y los usuarios de las plantas necesitan saber la velocidad con que se propagan las fisuras, a fin de tomar medidas preventivas, en cambio los reactores del tipo PWR (Pressurised Water Reactors) controlan el contenido de oxigeno por inyeccin de hidrogeno, por lo que el problema anterior no se presenta, no obstante se presentan complicaciones en los generadores de vapor en los que se usan aleaciones de nquel del tipo aleacin 600 o similares, para hacer frente a esos problemas los usuarios realizan ensayos no destructivos, durante paradas programadas que se complementan con un riguroso tratamiento de agua.En la industria aeronutica las estructuras de aleacin de aluminio son continuamente presurizadas y despresurizadas, ya que se exponen a atmosferas corrosivas, lo que conlleva a la aparicin de fisuras de fatiga o fatiga-corrosin, por lo que es importante prever fallas que pueden llevar a consecuencias catastrficas.Los constructores de repositorios nucleares deben disear estructuras que resistan la accin del medio ambiente durante varios miles de aos. Dado que este requerimiento escapa a las posibilidades de una comprobacin experimental y no tienen otra alternativa que recurrir a tcnicas de prediccin.Existen muchas aplicaciones corrientes en las cuales la aparicin de corrosin bajo tensin es inaceptable, y en muchos casos su presencia se debe al desconocimiento por parte de los diseadores, un ejemplo de ello es que en la actualidad es inadmisible que se utilice una estructura de acero inoxidable austentico en presencia de soluciones acuosas de cloruros a alta temperatura y tampoco puede aceptarse que se expongan aleaciones de cobre-cinc a la accin de soluciones aireadas de amonaco, o que estn en contacto con mercurio.Roger Staehle ataca temas como el determinismo en la corrosin bajo tensin, el modelado atmico de la CBT, o la posibilidad de desarrollar ecuaciones que correlacionen los diferentes parmetros de la CBTDibgy Macdonald plantea explcitamente que los modelos que analizan las fallas debido a la corrosin bajo tensin deben ser claramente determinsticos por lo que difiere con Roger Staehle.Alan Turnbull hace un anlisis detallado de los requerimientos necesarios para predecir la vida til de una estructura. Estudios de mecanismo bajo corrosin:Una razn de que en los metales an no se ha determinado un mecanismo que logre una aceptacin general, estara relacionada con la estructura de los metales, estos presentan una estructura cristalogrfica simple de cationes metlicos apilados en forma compacta, y rodeados por una nube de electrones libres, esta nube de electrones impide el uso de tcnicas pticas que demostraron ser tan tiles en el estudio de la corrosin bajo tensin de los vidrios. Por otra parte no se encuentran en el metal ligaduras que puedan ser rotas, tal como ocurra con las uniones Si-O-Si del vidrio. La remocin de los electrones (disolucin andica) solamente liberar los cationes de la superficie metlica, y provocar disolucin generalizada. Otra diferencia importante entre el vidrio y los metales es la elevada energa de fractura de estos ltimos.

En la actualidad se considera que el universo de la corrosin bajo tensin de los metales estara dividido en tres grandes categoras: aleaciones trmicamente envejecidas de aluminio-cobre, o los aceros inoxidables sensitizados, aleaciones que sufren fragilizacin por hidrgeno, aleaciones homogneas.

En cuanto a modelos de corrosin bajo tensin cada investigador defiende su modelo preferido, en espera de una explicacin definitiva, puesto que, aun no se sabe con certeza que es lo que est ocurriendo a nivel molecular en el fondo de la fisura, entre uno de esos modelos se encuentra el de Corrosin bajo tensin por movilidad superficial en, el cual, las fisuras se originan por acumulacin de vacancias, y la accin del medio corrosivo consiste en suministrar dichas vacancias. La concentracin de tensiones en el fondo de la fisura genera una zona deficiente en vacancias, y la movilidad superficial, inducida por el medio, permite el acceso de vacancias al fondo de la fisura.

Fig.1 Dibujo esquemtico del modelo de Galvele de movilidad superficialFuente: http://www.analisisdefractura.com/picaduras/corrosion-bajo-tension/.com [consultado: 11/07/2013]De forma general los modelos se han enfocado desde dos puntos de vista: los que aseguran que la fisura se propaga de un modo continuo y quienes consideran esa propagacin discontinua. La propagacin continua de la grieta supone la existencia de un mecanismo de disolucin andica en el frente de la grieta. La idea de propagacin discontinua supone que la disolucin andica no es suficiente para explicar la rapidez de la propagacin de la corrosin bajo tensin y sugiere la necesidad de rupturas mecnicas intermedias. En la actualidad, hay cuatro modelos ampliamente aceptados, los cuales son: a) camino preferente y disolucin andica, b) clivaje inducido, c) fragilizacin por hidrogeno, d) movilidad superficial y e) disolucin electroqumica.Camino preferente y disolucin andica:Fig. 2 modelo esquemtico del camino preferente de disolucin de la punta de la grieta por deslizamiento y fractura transgranular por corrosin bajo tensin. Fuente: http://www.analisisdefractura.com/picaduras/corrosion-bajo-tension/.com [consultado: 12/07/2013]

Fig. 3 Modelo esquemtico del camino preferente de disolucin de la punta de una grieta por bordes de granos.Fuente: http://www.analisisdefractura.com/picaduras/corrosion-bajo-tension/.com [consultado: 12/07/2013]

Clivaje inducido

Fig. 4 Fotomicrografa de la fractura por clivaje inducido en una aleacin Au/Ag sometida a ensayos de corrosin bajo tensin en sol. 1M de HCLO4Fuente: http://www.analisisdefractura.com/picaduras/corrosion-bajo-tension/.com [consultado: 12/07/2013]

Fragilizacin por Hidrogeno:Cuando el hidrogeno entra en el acero y en otras aleaciones, por ejemplo aleaciones de aluminio y titanio causa una prdida de ductilidad o un agrietamiento (generalmente en forma de micro-grietas), o una fractura frgil al aplicar un esfuerzo muy por debajo del esfuerzo de fluencia. La interaccin del hidrogeno con aceros de alta resistencia y especialmente aleaciones de aluminio y titanio son causa de fallas prematuras en muchos sistemas, como por ejemplo: a) los trenes de aterrizaje de los aviones, b) los depsitos de combustible de refineras y plantas qumicas, c)las turbinas de gas y vapor, d) las tuberas y vlvulas para el transporte de lquidos de pH bajo y combustibles y e)tuberas que transportan gases de la combustin entre otros.

Fig. 5. Formacin y aspecto de ampollas formadas por hidrogeno atrapadoFuente: http://www.analisisdefractura.com/picaduras/corrosion-bajo-tension/.com [consultado: 12/07/2013]

Proceso de disolucin electroqumica:En este proceso se establece una celda galvnica entre la aleacin y las zonas andicas formadas por las fases a lo largo de bordes de grano o planos de deslizamiento polarizados por segregacin, acumulacin de dislocaciones, entre otros, cuando la aleacin, sometida a una tensin baja es expuesta a un medio corrosivo, la disolucin electroqumica y el esfuerzo aplicado conjuntamente abren una grieta y rompen la pelcula de xidos en la punta de la grieta, exponiendo el material fresco andico al medio corrosivo. Para que una picadura se forme, se necesita un tiempo, en el cual se supone que ocurren muchas reacciones andicas y catdicas en lugares activos.

BibliografaColtters Ral. Anlisis de fractura [en lnea] disponible en: http:// www. Anlisisdefractura.com /picaduras/corrosion-bajo-tension/ [consultado: 11/07/2013]Donald R. Askeland. Ciencia e ingeniera de los materiales: Corrosin y desgaste, cuarta edicin. Editorial Thomson, Mexico(2004)J.R. Galvele. Canales de mecnica de la fractura: Corrosin bajo tensin estado actual del conocimiento [en lnea] disponible en: http:// www.gef.es/Congresos/ 18/pdf /GalveleIMP.pdf [consultado: 11/07/2013]Metal Improvement company. Corrosin bajo tensin [en linea] disponible en: http://www.spanish.metalimprovement.com/corrosion.php [consultado: 6/07/2013]