1. INTRODUCCIÓN:

Tradicionalmente, se ha descrito la corrosión como la degradación de los metales por reacción química o electroquímica con el ambiente, el cual puede incluir la atmósfera, fluidos, la temperatura. La presión y los esfuerzos. La corrosión, como veremos en breve, es la conversión de un elemento, de un estado de valencia de cero o más bajo, a un estado de valencia positivo o más alto. Este proceso se llama oxidación.

En la refinación de metales, hemos visto que la mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza en su estado oxidado, salvo, quizá, el oro y los metales nobles, como el platino. Así pues, el estado estable de un metal corresponde a oxidación, es, por tanto tan inevitable como la muerte o los impuestos. Sin algún tipo de protección, la mayor parte de los metales se oxidan o se corroen. Por consiguiente, necesitamos aprender a controlar la corrosión (oxidación) de los metales.

2. DESARROLLO:

2.1 Formas de corrosión y ambientes:

La corrosión se manifiesta en formas que tienen ciertas similitudes y que, por lo tanto, se pueden clasificar en ciertos grupos específicos.

La corrosión general es el ataque corrosivo que provoca el adelgazamiento uniforme del material.

La corrosión atmosférica implica el aire natural, pero el componente real del aire que cusa la corrosión es la humedad (humedad relativa). Se ha visto que la corrosión sólo ocurre cuando el aire contiene una humedad relativa del 50 al 70 por ciento.

2.2 Corrosión electroquímica acuosa:

Los principios de la corrosión se basan en la electroquímica, y se pueden ilustrar mediante una celda electroquímica.

En esta figura se ilustra los cuatro elementos esenciales de la corrosión electroquímica acuosa. Éstos son:

Presencia de un ánodo Presencia de un cátodo Presencia de un electrólito El contacto físico entre el ánodo y el cátodo.

La celda consiste en dos electrodos conectados (conductores eléctricos sólidos), un ánodo y un cátodo, que están en contacto con un electrólito (conductor iónico), en este caso, el electrólito es la solución acuosa.

Cuando se produce corrosión, se lleva a cabo un proceso de oxidación simultáneamente con un proceso de reducción. Por esta razón, se describe como un proceso Redox. El proceso de oxidación se lleva a cabo en el ánodo, en tanto que el proceso de reducción ocurre en el cátodo. La reacción global de la celda difiere de una reacción química ordinaria en cuanto a que implica la transferencia o cesión de los electrones entre los conductores electrónicos y los iónicos. Por tanto, se describe como una reacción electroquímica, y fluye corriente por el circuito porque las cargas (electrones y iones) se desplazan.

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2.3 Cantidad y velocidad de corrosión:

Ahora se examinará lo que sucede cuando fluye corriente en el circuito electroquímico y el material anódico se consume o se disuelve en el electrólito.

La cantidad de material anódico corroído o consumido cuando pasa corriente por el circuito está gobernada por dos leyes de Faraday, a saber:

1er ley: ‘‘En la electrólisis, las cantidades de las sustancias que participan en el cambio químico son proporcionales a la cantidad de electricidad que pasa por el electrólito. ’’

2da ley: ‘‘La masa de las diferentes sustancias liberadas o disueltas por una cantidad determinada de electricidad es proporcional a su equivalente químico respectivo. ’’

En honor de Faraday, la cantidad de carga que libera o disuelve un equivalente químico de una sustancia se denomina constante de Faraday, y es igual a 96,485 C/equivalente

2.4 Corriente de corrosión y cambio en los potenciales de electrodo:

El cambio de los potenciales de equilibrio se denomina polarización, y con mucha frecuencia de los lama sobre voltaje.

Se pueden mostrar los cambios de potenciales en un diagrama de polarización, que es una gráfica de los potenciales de electrodo en función de la corriente de corrosión.

El efecto de la densidad de Corriente de intercambio no es sino uno de los múltiples factores que influyen en el diagrama de polarización y en la velocidad de corrosión de un metal.

2.5 Algunos factores que influyen en la rapidez de la corrosión acuosa

Presencia de oxígeno en el electrólito: Soluciones aeradas: La presencia de oxígeno en el electrólito contribuye de modo significativo a la velocidad de la corrosión. En soluciones desaeradas (sin aire y sin oxígeno), la reacción catódica es la C3:

La reacción es relativamente rápida a temperaturas altas, pero lenta a temperatura ambiente. La desactivación del agua destinada a un sistema intercambiador de calor antes del tratamiento a 0.004 mm/a después de él.

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Agua dura y blanda: Las aguas dulces naturales contienen sales de calcio y de magnesio disueltas en concentraciones variables según la fuente y la ubicación del agua. Si la concentración de sales es alta, se dice que el agua es dura; en caso contrario, el agua es blanda. Las aguas duras son mucho menos corrosivas que las aguas blandas.

La razón de ellos es que en la superficie metálica se deposita de manera natural una película fina que es una barrera contra la difusión y está compuesta en gran parte de carbonato de calcio, el cual protege la superficie metálica contra daños por corrosión.

Presencia de iones más nobles en el agua: La presencia de soluciones acuosas de iones metálicos más nobles que el material del recipiente o de la tubería desencadena la corrosión del dicho materia. Esto se conoce como la reacción de desplazamiento o de sustitución, por la cual el metal activo se disuelve para sustituir al metal más noble del electrólito.

Una vez más la posición del metal en la serie galvánica determina si es anódico o catódico con respecto a otro metal.

2.6 Efecto del electrólito en movimiento

Los electrólitos en movimiento pueden causar erosión o erosión por cavitación. La erosión o desgaste en la eliminación de material superficial por efecto de los numerosos impactos de las partículas sólidas o líquidas del electrólito sobre la superficie. En su forma más moderada, la erosión pule la superficie del material.

Imágenes sobre la erosión causada por el impacto de partículas del electrólito

2.7 Efecto de la corrosión en las propiedades mecánicas

La corrosión no tiene efectos directos en las propiedades de los materiales relacionadas con la tensión; es decir, no influye directamente en el esfuerzo de fluencia, ni en el esfuerzo máximo de fluencia ni en la ductilidad. Sin embargo, debido a que de material pierde espesor o presenta picaduras localizadas después de la corrosión, la carga que el material puede soportar cuando se ensaya después de la corrosión es menor, debido a la reducción de área y a los efectos de concentración de esfuerzos de la corrosión localizada.

La corrosión, sin embargo, afecta de modo significativo la tenacidad a la fractura y el comportamiento del material en cuanto a fatiga.

Figura del efecto producido por la corrosión en propiedades mecánicas

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2.8 Diseño para el control de la corrosión

Cuando se tiene la necesidad de detener la corrosión de un metal, basta con eliminar uno de los elementos indispensables de las reacciones electroquímicas, ahora lo examinaremos uno a la vez.

Eliminación de los electrodos: La eliminación de los electrodos significa que debemos evitar situaciones en als que se forman ánodos y cátodos que dan origen a una celda galvánica. El consejo más obvio sería el de evitar el uso de metales diferentes en una construcción.

Corrosión galvánica de un tanque de acero debida al calefactor de cobre

El voltaje de la celda de corrosión disminuye debido a l caída de voltaje en el electrólito, y puede ser muy eficaz si la resistencia del electrolito es elevada.

Lo que no resulta muy obvio es el efecto de la fabricación y del tratamiento térmico en la inducción de celdas galvánicas localizadas en los materiales elegidos. Las diferencias de composición entre una región y otra establecen celdas localizadas, como en la sensitización de los aceros inoxidables. Por ultimo s debe homogeneizar la composición de los materiales, en especial como material de fundición.

Elimine o evite el contacto de los electrodos: Si es necesario unir dos metales disímiles, se puede eliminar el contacto mediante arandelas aislante colocadas entre las superficies, y utilizando tuercas y pernos o casquillos aislantes, como se ilustra en las figuras a continuación:

El uso de un conector intermedio entre los dos metales diferentes, al cual se puede dar mantenimiento y sustituir más adelante puede ser una solución conciliatoria cuando no se puede lograr un aislamiento total, como se ilustra anteriormente. El conector debe tener un potencial de electrodo intermedio entre los potenciales de los dos metales disímiles.

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Elimine o controle el electrólito:

Ésta es, probablemente, la técnica que más se aplica para controlar la corrosión. Se elimina el electrólito suministrando un revestimiento protector a la superficie del metal o material. Los revestimientos pueden ser:

Orgánico Inorgánicos Metálicos

Los revestimientos orgánicos son pinturas, y se dispone de una diversidad de ellas. Las pinturas pueden contener metales de relleno de sacrificio en suspensión que brindan una protección adicional al metal. Cuando se utilizan metales distintos, se deben pintar los materiales tanto anódicos como catódicos. Pintar el material anódico puede resultar desastroso porque, si se rompe la pintura en algún punto, el área expuesta del material anódico es pequeña y origina una densidad de corriente muy grande y un daño por corrosión muy rápido. Los revestimientos inorgánicos son los de esmalte, vidrio y cemento.

Si no es posible revestir la estructura, entonces se debe controlar el electrólito. Esto se hace ‘‘amortiguando’’ el electrólito mediante la adición de inhibidores que retardan la reacción anódica o la reacción catódica, o ambas.

Protección catódica:

Si no es posible revestir la estructura ni agregar inhibidores para controlar el electrólito, entonces se puede crear deliberadamente un celda electroquímica galvánica compuesta del metal por proteger como cátodo y de otro metal más anódico en la seria galvánica. A esto se le llama protección catódica, y este método específico se denomina ánodo de sacrificio porque se sacrifica intencionalmente el daño (corrosión) de un metal para proteger el cátodo. En la figura se muestra el esquema de un montaje destinado a proteger tuberías subterráneas.

Otro método de protección catódica es el método de corriente directa aplicada, el cual se ilustra en el esquema a continuación:

En este método, se rectifica la corriente alterna (CA) para convertirla en corriente directa (CD), la cual se aplica al ánodo, de donde sale para entrar en el electrólito (suelo) y de ahí pasa al cátodo o a la estructura que se busca proteger.

Estos dos métodos tiene en común: que la corriente sale del ánodo para entrar en el electrólito, de donde pasa al cátodo.

Protección anódica:

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La protección anódica se basa en el mismo principio que el anodizado del aluminio. La formación de una capa pasiva consiste en conseguir que el material sea efectivamente anódico (es decir, en permitir que se corroa).

Ejemplos de diseño y montaje que pueden influir en la corrosión por grietas localizadas

Detalles de diseño y montaje de componentes para reducir la corrosión al mínimo:

Estos diseños incorporan los principios que ya hemos mencionado acerca de eliminar el electrólito (manteniendo las superficies secas) y evitar la corrosión de hendidura, reducir al mínimo los efectos del flujo de líquidos, evitar el contacto de dos materiales disímiles y la creación de zonas de concentración de esfuerzos.

Ejemplos de detalles de diseño para evitar la corrosión galvánica

Ejemplos de diseño para evitar o reducir los efectos del flujo de electrólito

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Ejemplos de diseño para evitar o reducir los efectos del flujo de electrólito

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2.9 Tratamiento térmico

Recocido: El recocido es el proceso de calentar un material a una temperatura elevada, mantenerlo en ella, y enfriarlos de regreso a la temperatura ambiente. La rapidez de calentamiento y del enfriamiento quizá se deban controlar. Las reacciones indeseables, en particular la oxidación, son importante a temperaturas elevadas; si esto es inaceptable, el recocido se lleva a cabo al vacío o en una atmósfera de un gas inerte o reductor.

Normalizado: Es un tratamiento térmico que se emplea para dar al acero una estructura y características tecnológicas que se consideran el estado natural o final del material que fue sometido a trabajos de forja, laminación o tratamientos defectuosos. Se hace como preparación de la pieza para el temple.

El procedimiento consiste en calentar la pieza entre 30 y 50 grados Celsius por encima de la temperatura crítica superior y mantener esa temperatura el tiempo suficiente para conseguir la transformación completa en austenita. A continuación se deja enfriar en aire tranquilo, obteniéndose una estructura uniforme.

Factores que influyen:

La temperatura de cristalización no debe sobrepasar mucho la temperatura crítica. El tiempo al que se debe tener la pieza a esta temperatura deberá ser lo más corto posible. El calentamiento será lo más rápido posible. La clase y velocidad de enfriamiento deberán ser adecuados a las características del material que se trate.

Temple: El temple como todos los tratamientos térmicos, es un proceso de calentamiento y enfriamiento, realizando este último con una velocidad mínima denominada crítica de temple. El fin que se pretende generalmente en este ciclo es transformar toda la masa de acero con el calentamiento en austenita y después, por medio de un enfriamiento suficientemente rápido, convertir la austenita en martensita, que es el constituyente de los aceros templados.

En la práctica no se transforma la totalidad de la austenita formada, en martensita, en muchos casos porque es imposible conseguir una velocidad de enfriamiento suficientemente rápida en la totalidad de la masa de las piezas muy grandes y en otros, por que no interesa obtener este constituyente sino Bainita, Troostita y Sorbita. El proceso de temple consta esencialmente de dos fases, una fase de calentamiento y otra fase de enfriamiento.

El calentamiento hasta la temperatura máxima se debe iniciar estando el horno está a baja temperatura y a ser posible, a la temperatura ambiente; la elevación de temperatura debe ser uniforme en toda la pieza, ésto se consigue elevando la temperatura del horno lo más lentamente posible. En general esta temperatura la señala el proveedor y normalmente es de unos 40 o 50°C por encima del punto crítico Ac3.

El enfriamiento tiene por objeto transformar la totalidad de la austenita formada en otro constituyente muy duro denominado martensita; aunque en alguna variedad de temple el constituyente final deseado es la Bainita.

Revenido: Es el tratamiento térmico efectuado sobre un producto templado con el fin de obtener modificaciones que le confiera las características de empleo deseadas.

El ciclo térmico se compone de las siguientes etapas:

Uno o varios mantenimientos a una o varias temperaturas determinadas

Uno o varios enfriamientos hasta la temperatura ambiente (generalmente al aire, agua o aceite).

El objetivo del revenido es mejorar la tenacidad de los aceros templados, a costa de disminuir la dureza, la resistencia mecánica y su límite elástico. En el revenido se consigue también eliminar, o por lo menos disminuir, las tensiones internas del material producidas a consecuencia del temple. El proceso completo de temple más revenido se conoce como bonificado, que como su nombre lo indica, mejora o beneficia el acero, aumentando su vida.

Temperatura de revenido; Calentando por encima de 650°C, se obtiene estructura de grano grueso, al bajar la temperatura de revenido, se van obteniendo estructuras cada vez más finas y más duras, en términos generales la temperatura de revenido varía entre 200 y 6500C.

2.10 Tratamiento térmico mecánico

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1. En frío:

Consisten en deformar el metal a la temperatura ambiente, bien golpeándolo, o por trefilado o laminación. Estos tratamientos incrementan la dureza y la resistencia mecánica del metal y, también, acarrean una disminución en su plasticidad.

Conformado:

Cuando un metal es rolado, extruido o estirado a una temperatura debajo de la recristalización el metal es trabajado en frío.

La mayoría de los metales se trabajan en frío a temperatura ambiente aunque la reacción de formado en ellos causa una elevación de la temperatura. El trabajo en caliente realizado sobre el metal en estampado plástico, refina la estructura de grano mientras que el trabajo en frío distorsiona el grano y reduce un poco su tamaño.

El trabajo en frío mejora la resistencia, la maquinabilidad, exactitud dimensional y terminada de superficie del metal. Debida a que la oxidación es menar en el trabaja en frió laminas más delgadas y hojalatas pueden laminarse mejor que para el trabajo en caliente.

Refinado:

Aunque casi todo el hierro y acero que se fabrica en todo el mundo se obtienen a partir de arrabio producido en altos hornos, hay otros métodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. Uno de ellos es el denominado método directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan mineral de hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de unos 950 ºC. el coque caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un alto horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico. Sin embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias que ocurren un alto horno, y el horno de calcinación produce la llamada esponja de hierro, de mucha mayor pureza que el arrabio. También puede producirse hierro prácticamente puro mediante electrólisis, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una disolución de cloruro de hierro (II). Ni el proceso directo ni el electrolítico tienen importancia comercial significativa.

Laminación:

Estos procedimientos se emplean para hacer láminas finas de los materiales más blandos. La mayor parte del laminado se realiza en laminadoras de cuatro rodillos, y de racimo o de planetario. El laminado en frío de planchas y flejes se clasifica en:

Laminado de superficie. Laminado un cuarto endurecido. Laminado semiduro. Laminado duro completo.

Las máquinas para formado por laminado en frío, se construyen series de parejas de rodillos que forman progresivamente una cinta metálica que se alienta continuamente a través de la maquina a velocidades que van desde 18 a 19 mts/min. En esta máquina se producen secciones tubulares por medio de cinco pares de rodillos. La sección tubular entra a una soldadura por resistencia después de haberse formado y es continuamente soldada cuando pasa a través de la máquina.

Los tochos podrán laminarse en un gran laminador para lupias pero esto no se acostumbra por razones económicas. Frecuentemente se laminan rupias en un laminador continuo de tochos, compuestos alrededor de ocho estaciones de laminado en línea recta. El acero formado, por ultimo pasa a través del laminador y sale con un tamaño fino de tochos, aproximadamente a 50 x 50 mm., el cual es la materia prima para productos finales coma barras, tubos y piezas forjadas.

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2. En caliente:

También denominados forja. Consisten en calentar un metal a una temperatura determinada para, luego, deformarlo golpeándolo fuertemente. Con esto se afina el tamaño del grano y se eliminan del material sopladuras y cavidades interiores, con lo que se mejora su estructura interna.

Conformado:

Una de las propiedades más importantes de los metales es su maleabilidad, este término, indica la propiedad de un metal para ser deformado mecánicamente por encima de su límite elástico, sin deformarse y sin incremento considerable en la resistencia a la deformación.

La materia prima (para los procesos de formado) es el acero en lingote, este, con su estructura cristalina típica gruesa y dendrítica, no es útil para las aplicaciones en las que se requiera resistencia mecánica. Las partes fabricadas directamente del acero en lingote pueden estrellarse al recibir fuerzas de trabajo y cargas de impacto. Los granos dendríticos que contiene un lingote vaciado deben recristalizarse para dar al acero la resistencia necesaria esto se logra mediante procesos de trabajo en caliente como forjado o laminación.

Los factores que influyen en el tamaño de grano que se obtiene con la deformación en caliente son:

Temperatura final del proceso. Velocidad de enfriamiento. Tamaño inicial del grano.

Cantidad de la deformación; Como el metal se encuentra a alta temperatura, los cristales reformados comienzan a crecer nuevamente, pero estos no son tan grandes e irregulares como antes. AI avanzar el trabajo en caliente y enfriarse el metal, cada deformación genera cristales más pequeños, uniformes y hasta cierto grado aplanados, lo cual da al metal una condición a la que se llama anisotropía u orientación de grano o fibra, es decir, el metal es más dúctil y deformable en la dirección de un eje que en la del otro.

Extrusión:

La extrusión en caliente es un proceso que utiliza la gran maleabilidad de los materiales previamente calentados para formarlo. Consiste en forzar al metal (contenido en una cámara de presión) mediante un embolo a salir a través de una matriz formadora especial, que determina la sección transversal del producto. Este emerge como una barra continua que se corte a la longitud deseada. La mayoría de los metales utiliza extrusión en caliente, para reducir las fuerzas requeridas, eliminar los efectos del trabajo en frío y reducir las propiedades direccionales. El proceso también se puede utilizar para materiales de baja resistencia que no se pueden formar por estirado.

Los metales que más comúnmente se someten a extrusión son: El plomo, cobre, latón, bronce, aleaciones de aluminio y magnesio. La obtención de las piezas metálicas por el proceso de extrusión se puede realizar para los siguientes materiales con las temperaturas adecuadas.Acero 1100 – 1250 ºCCobre 750 – 925 ºCAluminio 320 – 450 ºC

El acero es más difícil de extruír a causa de su alta resistencia a la fluencia y su tendencia a soldarse a las paredes de la cámara de la matriz en las condiciones de alta temperatura y presión requeridas.

Sin embargo, se hacen en la actualidad cantidades significativas de extrusiones de acero, usando como lubricantes en el tocho sales de fosfato o recubrimiento de vidrio que se funde durante la extrusión, las matrices se hacen de acero para herramientas. Los ángulos de entrada y salida varían considerablemente, así que el diseño del dado debe ser cuidadoso. Un factor importante en el proceso es la lubricación de las paredes, tanto el material que se va a trabajar así como el de la estampa o matriz, esto evita el desgaste y alarga su vida útil.

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Laminación:

Aún calientes, los lingotes se colocan en hornos de gas llamados hornos de foso, allí permanecen hasta alcanzar una temperatura de trabajo uniforme de alrededor de 1200 ºC, una vez alcanzada esta temperatura los lingotes se llevan al tren de laminación en donde primero son laminados en formas intermedias como lupias, tochos o planchas. Una lupia tiene una sección transversal con un tamaño mínimo de 150 x 150 mm.

Un tocho es más pequeño que una lupia y puede tener cualquier sección desde 40 mm. Hasta el tamaño de una lupia. Las planchas pueden laminarse ya sea de un lingote o de una lupia, tienen un área de sección transversal rectangular con un mínimo de 250 mm. Y un espesor mínimo de 40 mm. El ancho siempre es 3 o más veces el espesor y puede ser de cuando mucho 1500 mm. Placas, plancha para tubos, y flejes se laminan a partir de planchas.

La mayor deformación toma lugar en el espesor aunque hay algún incremento en el ancho. La uniformidad de la temperatura es importante en todas las operaciones de laminado, puesto que controla el flujo del metal y la plasticidad. (Ver Figura 1) Un efecto del trabajo en caliente con la operación de laminado, es el refinamiento del grano causado por la recristalización.

3. CONCLUSIÓN:

Por tratarse de un proceso de oxidación, la corrosión de los metales y las aleaciones es inevitable porque los óxidos son compuestos estables. En consecuencia, el importante contener la corrosión, y lo mejor es incorporar las medidas de prevención durante la etapa de diseño.

Podemos hacer esto porque conocemos los fundamentos de la corrosión y sus diferentes formas, todo lo cual nos pone sobre aviso respecto a las situaciones en las que la corrosión es un factor importante.

Básicamente la corrosión se produce gracias a cuatro elementos importantes los cuales son: El ánodo, cátodo, el contacto entre el ánodo y el cátodo y un electrólito.

La composición de los electrodos y el electrólito desempeñan papeles importantes. Si los electrodos no son del mismo metal, se tiene una celda galvánica. Dentro de un material también puede haber una diferencia de concentración de solutos entre una zona y otra, y estas establecen las zonas anódicas y catódicas locales para la corrosión.

En este capítulo se ha estudiado de una manera breve el comportamiento de la corrosión, con el fin de poder controlarla y evitarla en un futuro más temprano.

4. BIBLIOGRAFIA:

Libros:

o Libro: Ciencia de los materiales; Autor: Pat. Mangonon

o Libro: Procesos de manufactura; Autor: John A. Schey

Páginas WEB:

o http://www.utp.edu.co/~publio17/laboratorio/temple.htmo https://es.wikipedia.org/wiki/Normalizadoo https://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2010/01/tratamientos_metales.pdfo http://procesosmanufacturau.blogspot.com/2009/06/conformado-en-caliente-y-en-frio.html

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