UNIDAD 2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS

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Encarnación Núñez Pérez
hace 6 años
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1 UNIDAD 2. TRATAMIENTOS TÉRMICOS DE LOS ACEROS 1. OXIDACIÓN... Pág CORROSIÓN... Pág Corrosión. Reacciones electroquímicas... Pág Tipos de corrosión... Pág Medidas de protección de la corrosión... Pág.42

2 1. OXIDACIÓN Cuando un metal se combina con el oxígeno del aire, transformándose en óxidos más o menos complejos, se dice que experimenta una reacción de oxidación. En el caso de que la reacción tenga lugar en un ambiente húmedo, se tratará de una reacción electroquímica y se denomina corrosión. Se trata de una reacción que puede ser relativamente rápida incluso a temperatura ambiente. En el caso de que la reacción tenga lugar en ausencia de agua se tratará de una reacción redox denominada oxidación directa o seca del metal (mal llamada en ocasiones corrosión seca). Para la mayoría de los metales esta reacción suele ser lenta a temperatura ambiente y tiene poca relevancia frente a la corrosión. Sin embargo, a temperaturas elevadas puede llegar a hacerse rápida. Cuando esta oxidación seca de un metal es producida a propósito en un reactor químico y se extiende a la práctica totalidad de la masa del material se denomina tostación. La reacción de oxidación directa se puede expresar de modo general: Material + Oxígeno Óxido de material ± Energía liberada en el proceso Se pueden producir dos tipos de reacciones: Reacción endotérmica: el material necesita absorber energía para oxidarse por lo que será de difícil oxidación. Por ejemplo el oro. M+½O 2+E MO Reacción exotérmica: se desprende calor al producirse la reacción lo que favorece la oxidación. Por ejemplo el hierro. M+½O 2 MO+ E Cuando un metal se encuentra en una atmósfera oxidante, su superficie se oxida más o menos rápidamente en función de la energía liberada en el proceso de oxidación, y el óxido que se forma en la parte exterior recubre el metal. Una vez que se ha formado la primera capa de óxido, para que el proceso continúe es necesario que el anión O 2- atraviese por difusión la capa de óxido, la cual se opone al movimiento de los aniones y actúa a su vez de capa protectora. Protección contra la oxidación: Una manera de proteger a los metales, como el hierro, que se oxidan con facilidad es alearlos con otro material que posea una energía de oxidación mayor y menor velocidad de oxidación y además, que los átomos del hierro y el metal aleante (por ejemplo el cromo) se mezclen fácilmente (Aceros inoxidables). Recubrimientos superficiales como el cromado. 2. CORROSIÓN Se puede definir la corrosión como la reacción de oxidación de un metal en presencia de oxígeno, agua y una sal en disolución que actúa como electrolito. Se trata de una oxidación electroquímica y no de una oxidación directa.

3 La corrosión conlleva el ataque del metal y la formación de su óxido. Si el óxido formado es poroso y poco adherente propiciará que la corrosión siga avanzando produciendo un grave deterioro en la pieza. Desde el punto de vista económico el fenómeno es grave, pues afecta a muchos metales y aleaciones, incluyendo los aceros y las fundiciones. Desde el punto de vista químico la corrosión es una reacción electroquímica o reacción redox, denominada así porque en ellas tiene lugar una semirreacción de oxidación y otra semirreacción de reducción. Por lo tanto, en toda reacción electroquímica para que una sustancia se oxide (en la corrosión el metal), otra sustancia se debe reducir (en la corrosión suele ser el oxígeno atmosférico). Así un metal M puede pasar de su estado elemental a formar iones positivos por la pérdida de n electrones, es lo que se conoce como reacción de oxidación o reacción anódica: M M n+ + n e - Para el caso del hierro Fe Fe e - La reacción inversa a la oxidación es la reacción de reducción o reacción catódica y es la que toma los electrones de la oxidación. Para el caso de la corrosión, las reacciones catódicas más importantes son: - En medio ácido: O 2+4H + +4e - 2H 2O - En medio neutro o básico O 2+2H 2O +4e- 4OH - Podemos decir, por tanto, que la corrosión electroquímica se origina debido a la formación de pilas electroquímicas, en las que un metal determinado actúa como ánodo y por lo tanto se disuelve. Este tipo de corrosión exige la presencia de ambientes acuosos (húmedos) y en general con medios de conductividad electrolítica. En resumen: a) Ánodo: Metal que cede electrones y se corroe. b) Cátodo: Receptor de electrones. c) Electrolito: Líquido que está en contacto con el ánodo y el cátodo. Debe ser conductor eléctrico. Este líquido proporciona el medio a través del cual se asegura el desplazamiento de cargas eléctricas desde el ánodo hasta el cátodo. La cantidad de elemento que se corroe en el ánodo o se electrodeposita en el cátodo m (en gramos) m = I t Peq F I. Intensidad de corriente que circula por el electrodo. t. Tiempo durante el que circula la corriente I Peq. Peso equivalente de la sustancia depositada o corroída F. Constante de Faraday (96500C/mol) 2.1. TIPOS DE CORROSIÓN - Corrosión uniforme: actúa sobre toda la superficie del material expuesta a la corrosión, disminuyendo su sección de forma gradual. Toda el área superficial se corroe a la misma velocidad y podemos predecir la pérdida de material en un cierto período de tiempo. Se puede controlar por

4 medio de recubrimientos. Su resistencia mecánica decrece proporcionalmente conforme disminuye de sección. - Corrosión galvánica: tiene lugar cuando dos metales con potenciales distintos, que están en contacto con un electrolito se ponen a su vez en contacto entre sí. En este caso, los materiales que tienen potenciales más electronegativos, tendrán mayor facilidad a la corrosión, por lo que no se deben juntar metales que estén muy separados en la serie galvánica procurando al mismo tiempo que la superficie anódica sea muy grande con respecto a la catódica. Para evitar este problema, se recomienda recubrir estos metales previamente con pintura o plástico antes de juntarlos. - Corrosión por grietas: se suele dar en grietas y rendijas en las que penetra la suciedad y la humedad, con lo que las zonas exteriores estarán más aireadas y las interiores quedarán más empobrecidas de oxígeno al gastarse en la oxidación y no poder ser renovado. Es frecuente en uniones remachadas y atornilladas, así como en juntas, por lo que la soldadura puede ser una buena solución - Corrosión por picadura: se trata de un ataque corrosivo localizado muy destrucivo y difícil de detectar ya que los pequeños agujeros que se forman pueden quedar ocultos con productos de la corrosión. Por regla general, la aparición de una picadura se produce muy lentamente, pero una vez formada, su velocidad de crecimiento es muy elevada. Las picaduras comienzan en aquellas zonas donde se produce un incremento de la velocidad de corrosión(impurezas u otras heterogeneidades) - Corrosión intergranular: afecta a la unión de los granos de los constituyentes de los metales, debilitando la resistencia del conjunto. Se da cuando en los límites del grano tenemos dos fases (por ejemplo la perlita), con lo cual se crea una celda galvánica en la cual la ferrita es anódica con respecto a la cementita. Se produce, por tanto, una circulación de electrones, quedando libres los iones Fe 2+ de la ferrita, que se combinan con los grupos de hidróxido (OH)- del aire. Finalmente, lo que se forma es una capa de óxido de hierro Fe(OH) 2 pegada a la cementita.

5 - Corrosión selectiva: consiste en la eliminación preferencial de un elemento en una aleación como consecuencia de la corrosión. El caso más común es el de la corrosión del cinc en el latón, de tal forma que en la zona descincada sólo queda cobre poroso de color rojizo, pues el cinc es anódico respecto al cobre. - Corrosión por erosión: se produce en las superficies que se encuentran en contacto con un líquido que circula a gran velocidad(tubos, válvulas, bombas, etc.), que debido a la acción mecánica(desgaste) del fluido, va eliminando la capa protectora de óxido que se forma en los metales. Para evitarlo, es necesario evitar turbulencias y burbujas así como elementos en suspensión. - Corrosión bajo tensión: se produce cuando el material está sometido a esfuerzos estáticos de tracción en una determinada atmósfera. 2.2 MEDIDAS DE PROTECCIÓN a) Selección de materiales b) Recubrimientos - Metálicos (Galvanizado, estañado-hojalata-) - Inorgánicos (Capa de vidrio fundido) - Orgánicos (lacas, pinturas, barnices) c) Diseño (soldaduras, materiales galvánicamente similares, ángulos poco pronunciados) d) Alteración del entorno (disminución de la temperatura, disminución de la velocidad de un fluido, reducción el contenido de oxígeno en disoluciones acuosas, inhibidores) e) Protección anódica: Se basa en la formación de películas pasivas protectoras en las superficies de los metales(similar a la oxidación) f) Protección catódica: Mediante un acoplamiento galvánico se fuerza al metal a comportarse como un cátodo, suministrándole electrones. Se emplea otro metal que estará en contacto con el metal que se desea proteger, llamado ánodo de sacrificio, el cual se corroe y acaba destruyéndose aportando electrones al metal. En definitiva, el metal ánodo de sacrificio se pone en contacto con el metal a proteger el cual recibe electrones del primero. Se necesita la presencia de un electrolito. Se emplea mucho en tuberías enterradas. (Ánodo de sacrificio habitual magnesio)

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