Corrosión con fatiga

CORROSIÓN – FATIGA  Borja Martínez Vázquez 

DEFINICION DE CORROSIÓN:

Es la destrucción o deterioro de un material causado por su reacción química con el ambiente. ambiente. La corrosión de metales metales se define como el ataque destructivo destructivo químico químico no intencional intencional de un metal; se produce por mecanismo electroquímico electroquímico y por por lo común se inicia sobre la superficie. superficie. Pueden también incluirse bajo corrosión el deterioro de cerámicos, plásticos y materiales compuestos. Por ejemplo el deterioro de pinturas y gomas debido a la luz solar o a productos químicos. La corrosión puede ser rápida o lenta. Un acero inoxidable es atacado en horas por  alguno algunoss ácidos ácidos (corro (corrosió siónn rápid rápida). a). Mient Mientras ras que que los los riele rieless del ferro ferrocar carril ril ti tiene enenn corrosión muy lenta (nos referimos a años). Muchos ambientes son corrosivos, y por causas bien diferentes: aire y humedad, agua salada, atmósfera urbana, industrial y aún rural, vapor de agua y otros gases, como amoníaco, dióxido de sulfuro, vapores de combustibles, suelos, solventes, petróleo y sus derivados, productos alimenticios, etc. En general, de estos ambientes ambientes podemos decir que las substancias substancias inorgánicas inorgánicas son más corrosivas que las las orgánicas. Desde el punto de vista de la mecánica de materiales, la corrosión tiene algunos efectos directos como reducción del espesor efectivo del material, microfisuración y cambios en fisuración, cambios en la resistencia a fatiga, concentración de esfuerzos… Las formas formas de corros corrosió iónn más más comun comunes es son son : corro corrosi sión ón uni unifor forme, me, galvá galvánic nicaa o   bimetál bimetálica, ica, corrosión corrosión localiz localizada, ada, corrosión corrosión por picadura picaduras, s, corrosión corrosión transgra transgranula nular, r, corrosión por aireación aireación diferencial, diferencial, corrosión selectiva, selectiva, por erosión, corrosión-erosión, corrosión-erosión, corrosión bajo tensión, corrosión con fatiga…(nos centraremos en este último).

CORROSIÓN CON FATIGA El fenómeno de fatiga es aquel que tiene lugar cuando tenemos ciclos de tensión en el tiempo. Generando variaciones entre solicitaciones a tracción y compresión para la misma pieza. Cuando la fatiga es con corrosión, se produce la reducción de la resistencia a fatiga debido a la presencia de un medio corrosivo, siendo así el número de ciclos de vida menor, por culpa de este medio presente.

Tendrá mucha influencia la frecuencia de ciclos de tensiones, teniendo mas importancia esta influencia cuando las frecuencias son bajas, pues se consigue más tiempo para que actúe la corrosión, debido al mayor tiempo de contacto con el agente corrosivo. Se cree que la resistencia a fatiga se reduce por el agente corrosivo ya que los  pequeños agujeros originados en la corrosión producen concentración de tensiones. La falla es de tipo transgranular (por dentro de granos) y no se muestran ramificaciones, las cuales, son características de fisuras que progresan entre bordes de granos del material. Las etapas finales de fatiga con corrosión son iguales a las de fatiga porque ese proceso es mecánico y no incide el agente corrosivo. También puede ir acompañado de ataques de picado. Por otra parte, son muy susceptibles a la fatiga con corrosión las piezas que han estado sometidas a un fuerte trabajo en frío, pero el acero recocido puede también agrietarse cuando se le somete a condiciones difíciles. Es más fácil que el agrietamiento se  produzca en soluciones calientes que en las frías. El tipo 315 y el tipo 317, en la condición de recocido, ofrecen mayor resistencia por ejemplo al ión cloruro que el tipo 302 y el tipo 304. Pero si están bajo tensiones fuertes, pueden fallar lo mismo en un ambiente que conlleve a la corrosión por fatiga. Por ello en la industria, a la hora de diseño y dimensionamiento de ciertas piezas se debe tener en consideración este fenómeno, así por ejemplo, atendiendo al coeficiente de seguridad para diseño en piezas agrietadas es: Cs

 Kic =

 Ki

vemos que

Kic: el factor critico de intensidad de tensiones. Ki: factor de intensidad de tensiones. En el cálculo para mecánica lineal de fractura se cambiará Kic por otro valor KicSCC que tome en cuenta que la corrosión reducirá la resistencia del material. Por otra parte debemos definir la corrosión bajo tensión (CBT) que es un mecanismo de rotura progresivo de los metales que se crea también por la combinación de un medio ambiente corrosivo y de una tensión pero de tracción mantenida. La tensión de tracción necesaria para la CBT está "estática", y puede ser residual y/o aplicada. El agrietamiento progresivo debido a tensiones "cíclicas" se llama la "fatigacorrosión" o como antes hemos definido: corrosión con fatiga. El límite entre la CBT y la fatiga-corrosión no es evidente a cada vez. Sin embargo, como los mecanismos que  provocan cada fenómeno son distintos, se separan y se consideran como mecanismos de rotura diferentes.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Un método para evitar la corrosión, es el de aislar  la estructura metálica del medio corrosivo mediante un recubrimiento aislante o más estable, ante dicho medio, que el metal base. Estos tipos de protección se llaman protección pasiva. En la industria moderna, se usan muchos tipos de recubrimientos aislantes: resinas, asfalto, pinturas vinílicas, epoxi, al clorocaucho, etc. En todas ellas los valores de resistividad, flexibilidad, adherencia, punto de reblandecimiento, poder de absorción del agua, etc., juegan un papel importante en la selección de esta clase de protección. La protección pasiva es el sistema por el cual un metal se recubre  por otro de mayor  resistencia a la corrosión, o capaz de pasivarse fácilmente ante el medio que le rodea. Hay muchos métodos de lograrlo: electrolíticamente, por inmersión, por aspersión, etc. Para elegir el metal y método de recubrimiento, se han de tener en cuenta una serie de factores, entre los que son de considerar la porosidad del material de aportación y su comportamiento electroquímico frente al metal base. Otro método de protección anticorrosiva, el más importante, es la protección catódica. Realizaremos esta, convirtiendo la estructura metálica a proteger en el cátodo de una  pila galvánica o circuito eléctrico. Esto lo haremos recurriendo a la serie electroquímica de los metales y escogiendo para actuar como ánodo un metal más electronegativo que el que tratamos de proteger (protección por ánodos de sacrificio) o bien conectando la estructura al polo negativo de un generador de corriente continua, cuyo polo positivo introducimos en el electrolito en cuestión( protección por corriente impresa), mediante un ánodo que generalmente no se disuelve o sufre una disolución muy lenta. Con este método podemos comunicar a la estructura a proteger una tensión controlable en cualquier momento de la vida de la instalación. En la protección por ánodos de sacrificio, la corriente polarizante, la suministran los Ánodos que se desgastan en beneficio de la estructura (Cátodo) que permanece inalterable. Son diversos los materiales utilizados por Ánodos de Sacrificio, sin embargo, las aleaciones de Magnesio, Zinc y Aluminio son las más corrientes. El Magnesio sin alear  no puede utilizarse en sistemas de protección catódica en agua de mar, debido a su rápido deterioro, aunque sí se emplean algunas de sus aleaciones. También se usan ciertas aleaciones de Aluminio, pero los Ánodos de Sacrificio más utilizados son los de Zinc, que no es necesario controlar y que, además, suministran una corriente continua y eficiente. Un imperante de este tipo de Ánodos es la pureza del metal base; la composición debe de estar acorde con las especificaciones que actualmente hay al respecto. Otras maneras de protección están relacionadas con el diseño como por ejemplo: Minimizar o eliminar las cargas de fatiga, diseño adecuado de las piezas (sobre todo el las zonas de estrechamientos), evitar cambios bruscos de tensión, temperatura o presión, evitar tensiones internas...

Internet. Webs consultadas: http://www.uprm.edu/civil/ “Mecánica avanzada de Materiales “ http://www.gef.es/ “Corrosión bajo tensión estado actual del conocimiento” (Congresos) Bibliografía: -

Aviles R. “Análisis de Fatiga en Máquinas”, Thomson, 2005. González J.A Teoría y práctica de la lucha contra la corrosión. Ed. CSIC. 1984