Corrosió per tensió mecànica

Corrosió per tensió mecànica

Agrietamiento per corrosió causat per la tensió desenrollada en un collar de reforç soldat de forma inadequada

Primer pla de la superfície d'una canonada d'acer que mostra clavills per corrosió baix tensió (dos grups de chicotetes llínees negres) revelades per mig d'inspecció per partícules magnètiques. Clavills que normalment haurien segut invisibles són detectables gràcies a l'agrupació de partícules magnètiques en les obertures dels clavills. L'escala inferior està en centímetros (cada divisió representa un milímetro)

El agrietamiento per corrosió baix tensió mecànica (ACBT) és un fenomen que es dona en alguns materials, en els que es produïx la formació de clavills en un entorn corroent quan es veuen somesos esforços mecànics. Pot provocar un fallo inesperat i repentí en metals o aleacions dúctils normalment somesos a tensió mecànica, especialment a temperatures elevades. És un procés altament específic químicament, ya que per a certes aleacions basta per a que es produïxca una llaugera exposició a entorns químics potencialment poc agressius. L'entorn químic que causa ACBT per a una aleació donada és a sovint un que és solament llaugerament corroent per al metal. Per lo tant, les peces metàliques en agrietamiento sever per corrosió baix tensió, poden semblar lluentes i relluents, mentres que estan plenes de clavills microscòpics. Este factor fa que siga comú que el ACBT passe desapercebut ans que es produïxca un fallo. A sovint progressa ràpidament i és més comú entre les aleacions que entre els metals purs. L'entorn específic és de crucial importància, i solament es necessiten concentracions molt chicotetes de certs productes químics altament actius per a produir un agrietamiento catastròfic, que a sovint conduïx a un fallo devastador i inesperat.

Les tensions poden ser el resultat de la sobrecàrrega d'esforços en les zones badades, deguda a la concentració de tensions, o poden estar causades pel tipo d'ensamblage o d'esforç residual de fabricació (com en el cas del treball en fret). Les tensions residuals poden aliviar-se per mig de recocido o atres tractaments superficials. Els fallos inesperats i prematurs dels equips de processos químics, per eixemple, per la corrosió baix tensió, constituïxen un greu risc per a la seguritat del personal, les instalacions operatives i el mig ambient. En reduir la fiabilitat d'estos tipos d'equips, estes falles també afecten negativament a la productivitat i a la rendabilitat.

Mecanismes

La corrosió baix tensió afecta principalment a metalés i a aleacions metàliques. Un efecte comparable, també conegut com agrietamiento per tensió ambiental, també afecta a atres materials com polímeros, ceràmica i vidre.

Metals

Un pH més baix i un potencial de reducció aplicat més baix faciliten l'evolució i l'enriquiment d'hidrogen durant el procés de ACBT, aumentant aixina la seua intensitat.

Aleació	KIc MN/m3/2	ACBT ambiental	KIACBT MN/m3/2
Acer 13Cr	60	3% NaCl	12
18Cr-8Ni	200	42% MgCl2	10
Cu-30Zn	200	NH4OH (pH 7)	1
Al-3Mg-7Zn	25	Halurs acuosos	5
Tu-6Al-1V	60	0.6 M KCl	20

• Certs acers inoxidables austeníticos i aleacions d'alumini es baden en presència de clorurs. Açò llimita l'utilitat de l'acer inoxidable austenítico per a contindre aigua en un contingut de clorur superior a unes poques parts per milló a temperatures superiors a ;
• Clavills lleus en l'acer en presència d'álcalis (per eixemple, agrietamiento en calderes i agrietamiento per corrosió baix tensió càustica) i nitrats;
• Clavills en aleacions de coure en solucions amoniacales (agrietamiento estacional);
• Se sap que els acers al carbono es baden de forma inesperadament fràgil en una gran varietat d'entorns acuosos, especialment en presència de clorur.

En la possible excepció d'este últim, que és un eixemple especial d'agrietamiento per hidrogen, tots els demés presenten el fenomen de creiximent subcrítico de clavills, és dir, menuts defectes superficials es propaguen (normalment de manera uniforme) en condicions en les que la mecànica de la fractura prediu que no deuria produir-se un fallo. És dir, en presència d'un agent corroent, es desenrollen i propaguen clavills molt per baix del factor crític d'intensitat de tensió ($K_{\mathrm{I}\mathrm{c}}$). El valor subcrítico de l'intensitat de tensió, denominat $K_{\mathrm{I}\mathrm{A}\mathrm{C}\mathrm{B}\mathrm{T}}$, pot ser inferior a l'1 % de $K_{\mathrm{I}\mathrm{c}}$.

Polímero

Un procés similar (agrietamiento per tensió ambiental) ocorre en els polímeros, quan els productes s'exponen a dissolvents específics o substàncies químiques agressives com àcits i álcalis. De la mateixa manera que en els metals, l'atac es llimita a polímero específics i substàncies químiques específiques. Per lo tant, el policarbonat és sensible a l'atac per álcalis, pero no per àcit. Per un atre costat, el polièster es degrada fàcilment per àcit, i el ACBT és un mecanisme provable de fallo. Els polímero són susceptibles al agrietamiento per tensió ambiental, a on els agents d'atac no necessàriament degraden químicament els materials. El nailon és sensible a la degradació per àcit, un procés conegut com hidrólisis, i es bada en ser atacat per àcit forts.

Primer pla del conector d'una canonada de combustible de nailon trencat, per el ACBT

Per eixemple, la superfície de fractura d'un conector de combustible va mostrar el creiximent progressiu del clavill des de l'atac àcit (Ch) fins al cim final (C) de l'polímero. En este cas, el fallo va ser causat per la hidrólisis de l'polímero en entrar en contacte en l'àcit sulfúric que s'escapava d'una bateria. La reacció de degradació és l'inversa de la reacció de síntesis de l'polímero:

Agrietamiento per ozon en un tubo de caucho natural

Es poden formar clavills en molts elastòmers diferents per atac d'ozon, una atra forma de ACBT en polímero. Menudes traces del gas en l'aire atacaran els dobles enllaços en les cadenes de caucho, sent el caucho natural, el caucho estireno-butadieno i el caucho de nitril butadieno els més sensibles a la degradació. Els clavills per atac d'ozon es formen en productes baix tensió, pero la deformació crítica és molt menuda. Els clavills sempre estan orientades en ànguls rectes a l'eix de deformació, per lo que es formaran al voltant de la circumferència en un tubo de caucho doblat. Estos clavills són perillosos quan ocorren en canonades de combustible, perque creixeran des de les superfícies exteriors expostes cap a l'interior de la canonada, per lo que poden produir-se fugues de combustible i incendis. l'agrietamiento per ozon es pot previndre afegint antiozonisants al caucho abans de la vulcanización. Els clavills d'ozon s'observaven comunament en les parets laterals dels neumàtics dels automòvils, pero ara es veuen en menys freqüència gràcies a l'us d'estos aditius. Per una atra part, el problema torna a aparéixer en productes no protegits, com a tubos i juntes de caucho.

Ceràmica

Este efecte és significativament menys comú en ceràmiques, que solen ser més resistents a l'atac químic. Si ben els canvis de fase són comunes en ceràmiques someses a tensió, estos solen provocar enduriment en lloc de fallo (vejau diòxit de zirconio). Estudis recents han demostrat que la mateixa força impulsora d'este mecanisme d'enduriment també pot potenciar l'oxidació de l'òxit de ceri reduït, lo que resulta en un creiximent llent de clavills i el fallo espontàneu de cossos ceràmics densos.

Vidre

S'ilustren regions en diferent propagació de clavills baix corrosió baix tensió. En la regió I, la propagació del clavill està dominada per l'atac químic de les unions deformades en el clavill. En la regió II, la propagació està controlada per la difusió de substàncies químiques en el clavill. En la regió III, l'intensitat de la tensió alcança el seu valor crític i es propaga independentment del seu entorn

La propagació de clavills subcríticas en vidres es dividix en tres regions. En la regió I, la velocitat de propagació dels clavills aumenta en la humitat ambiental per la reacció química entre el vidre i l'aigua, potenciada per la tensió. En la regió II, la velocitat de propagació dels clavills està controlada per la difusió i depén de la velocitat a la que els reactius químics poden transportar-se fins a la punta del clavill. En la regió III, la propagació dels clavills és independent del seu entorn, despuix d'alcançar una intensitat de tensió crítica. Atres substàncies químiques, com l'amoníac, poden induir la propagació de clavills subcríticas en el vidre de sílice, pero deuen tindre un donant d'electrons i un donant de protones.

Prevenció

• Les tensions residuals de compressió que genera granallado làser es controlen en precisió tant en ubicació com en intensitat, i poden aplicar-se per a mitigar transicions brusques a zones de tracció. El granallado làser genera tensions residuals de compressió profundes, de 10 a 20 voltes més profundes que el granallado convencional, lo que ho fa significativament més beneficiós per a previndre el ACBT. El granallado làser s'utilisa àmpliament en les indústries aeroespacial i de generació d'energia en motors de turbina de gas.
• Selecció del material: elegir el material adequat per a un entorn específic pot ajudar a previndre el ACBT. En entorns corroents, es deuen utilisar materials en major resistència a la corrosió i al agrietamiento per corrosió baix tensió. Per eixemple, usar acer inoxidable en lloc d'acer al carbono en un entorn marí pot reduir la provabilitat de ACBT.
• Recobriment protectors: aplicar un recobriment o barrera protectora pot ajudar a evitar que substàncies corroents entren en contacte en la superfície metàlica, reduint aixina la provabilitat de ACBT. Per eixemple, usar un recobriment epóxico en la superfície interior d'una canonada pot reduir la provabilitat de ACBT.
• Protecció catódica: la protecció catódica és una tècnica utilisada per a protegir els metals de la corrosió per mig de l'aplicació d'una chicoteta corrent elèctrica a la seua superfície. Esta tècnica també pot ajudar a previndre el ACBT en reduir el potencial de corrosió del metal.
• Controls ambientals: controlar l'entorn que rodeja al metal pot ajudar a previndre el ACBT. Per eixemple, reduir la temperatura o l'acidea de l'ambient pot ajudar a previndre-ho.
• Inspecció i manteniment: les inspeccions i el manteniment regulars poden ajudar a detectar el ACBT ans que cause un fallo. Açò inclou inspeccions visuals, proves no destructives i la monitorisació de factors ambientals.