Tratamentos térmicos e superficiais. O fenómeno da corrosión

Transcript

1 Tratamentos térmicos e superficiais. O fenómeno da corrosión Os tratamentos térmicos son procesos nos cales a temperatura é o único parámetro para modificar a microestructura e a constitución da aliaxe, sen variar a composición química O obxectivo dos tratamentos é conseguir unhas determindas características físicas como pode ser a ductilidade, resistencia mecánica Témpero É un tratamento tradicional, que utilizase para obter aceiro martensíticos. Caracterízase por arrefriados rápidos e continuos nun medio adecuado: auga, aceite ou aire. As características optimas conséguense se a mostra adquire un alto contido en martensita. 1.1.Martensita Obtense o arrefriar unha estructura austenítica moi rapidamente. A martensita é unha disolución sobresaturada de C en Fe α (ferrita). Debida a deformación producida pola inserción dos átomo de C, cristaliza nunha rede tetragonal centrada en el cuerpo. Ferro Carbono Celda de Martensita Defínese temperabilidade coma a capacidade dun aceiro para endureder pola formación de martensita.

2 1.2.Ensaio de Jominy Este ensaio nos serve para determinar a temperabilidade dun material. Neste ensaio mantemos constantes todos os factores que influen na profundidade do endurecemento da peza, excepto a composición. O procedemento é o seguinte. 1. Tomamos unha probeta normalizada e levamos a temperatua de austenización e deixamos a o tempo necesario para conseguir que toda a estructura convirtase en austenita. 2. Sácase do forno e tempérase mediante un chorro de auga de caudal e temperatura constante dende un extremo de forma que a velocidade arrefriamento é máximo deste extremo que é donde se alxanza maior grafo de temperado. 3. Unha vez que a probeta está a temperatura ambente, desbastase unha tira o longo da xeratriz da brobeta e determinase a dureza o longo desta, e determinase como varía esta conforme nos vamos distanciando do extremo de temperado, obtendo a curva de temperado. DUREZA HRC Na gráfica podemos ver como a dureza disminue coa distancia o extremo temperado DISTANCIA O EXTREMO TEMPERADO 1.3.Factores que inflúen no tempero A velocidade de enfriado e función de: 1. Composición do aceiro. Fundamentalmente inflúe o composición de carbono. Pero outros elementos aliantes favorecen a obtenció de martensita a velocidades de

3 arrefriado máis lento. Este factor é fundamental para poder obter un temperado máis profundo para pezas de maior grosor. 2. Temperatura que hai que quetar. Como deducimos do apartado anterior esta depende da composición e os elementos aliantes. 3. Velocidade de arrefriado. 4. Tempo de quentamento. Necesitamos deixar a mostra o tempo suficiente para que toda a masa se transforme en austenita. 5. Características do medio. Condiciona a velocidade en auga a velocidade é máis rápida, en aceite o tempero é máis suave, e o aire e o máis lento. 6. Tamaño e xeometría da mostra. 1.4.Medios de tempero En moitas ocasions a auga é un medio de tempero demasiado severo e necesitamos unhas condiciones máis suaves de tempero xa que un arrefiramento demasiado rápido acasiona tensións na estructura que poden ocasionar grietas ou deformacións. Nos medios tamén inflúe o grado de axitación do medio a maior axitación máis rápido é o arrefriamento. O tempero en auga proporciona témperos moi fortes. O aceite ten unha calor específica menor cá auga e son máis viscosos, ofrecen temperos máis suaves. O tempero o aire provoca microestrutucturas totalmente perlíticas. 1.5.Diagramas TTT Son diagramas diagrama tempo temperatura transformación. Mostra a microestructura que temos o ir arrefriando unha mostra o longo do tempo e a unha velocidade determinda. Con eles podemos ver en canto tempo temos que enfirar unha aliaxe para a rematar cunha fase martensita por exemplo. 1.6.Tipos de tempero 2. Recocido O recocido é un tratamento que ten como fin suprimir os defectos do tempero. Consiste en quentar un material a unha temperatura un tempo determinado. Con isto se persigue:

4 Eliminar as tensións do tempero. Aumentar a plasticidade, ductilidade e tenacidade. Conseguir unha microestructura específica. Pasos de que consta o témpero: Quentamento ata unha temperatura prefixada. Mantemento da temperatura anterior durante un tempo conveniente. Arrefriamento lento ata a temperatura ambente a unha velocidade conveniente. Dependendo das dimensións das peza hai que variar os tempos de enfriamento e de mantemento da temperatura. 2.1.Recocido de aliaxes de Fe C 2.2.Normalizado Sometense a normalizado os aceiros deformados plasticamente por laminación que teñen unha estructura perlítica, con tamaños relativamente grandes e de forma irregular. Sométese o material a unha temperatura de austenización. Logo de ter o material o tempo para convertir a ferrita en austenita sométese a un arrefriado relativamente rápido o aire. Consegimos que o tamaño de gran disminúa e unha distribución máis uniforme. 2.3.Recocido total Aplícase os aceiros de contido baixo en carbono e medio, que se conformaron por mecanizado ou se deformaron por deformación en frío. Estas aliaxes austenizanse e logo deixanse arrefriar lentamente dentro do forno. A microestructura que é a perlita grosa e máis plástica xa que ten menores tensións internas. 2.4.Revenido Ten coma obxectivo eliminar a fraxillidade do témpero debido as tensión ocasionadas. Para iso quentase a peza a 700ºC para que a martensita transforme nunha estructura máis estable. O proceso ben seguido dun arrefriado rápido. Se ben destrúese parte do

5 tempero o aceiro é máis brando e menos fráxil. 3. Tratamentos termoquímicos con estes tratamentos varíamos a composición química superficial dos aceiros, adición de outros elementos que melloren as propiedades na superficie. As propiedades que pretendemos mellorar poden ser a dureza, a resistencia o desgaste ou resistencia a corrosión principalmente. 3.1.Cementación ou carbonitruración Consiste en aumentar a cantidade de carbono na capa exterior dos aceiros. Aplícase a peza que deben ser resistentes o desgaste e os golpes. Os aditivos poden ser sólidos, líquidos ou gaseosos. A espesura da capa depende da temperatura a que se ralice o proceso ou do tempo de permanencia. 3.2.Nitruración Trátase dun tratamento de endurecemento superficial no que o nitróxeno insértase na ferrita dando lugar o composto Fe 4 N. As peza quetandas expoñense a unha corrente de NH 3 obténdose peza con durezas moi elevadas. 4.A corrosión 1 e os seus efectos A corrosión é a tendencia dun metal o paso de estado libre a combinado, que é consecuencia da tendencia dos metais a pasar o seu estado natural que é combinados pola acción destructora do osíxeno do aire e os axentes electoquímicos. Se o óxido formado na corrosión é poroso pode que esta penetre no interior do metal destruíndo a peza. A oxidación é un proceso electroquímico nos que os átomos metálicos perden electróns. A zona onde se produce a oxidación coñécese como reacción anódica. M M v+ + ve 1Def. Wikipedia. La corrosión es definida como el deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción química (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, la salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los metales en cuestión.

6 A reacción contraria a oxidación é a reducción a zona onde se produce a redución é o cátodo. Todo proceso de oxidación vai acompañado dun de reducción e a inversa. Algúns casos de reduccións que poden provocar a oxidación do metal son: 2H + +2e H 2 Dase cando un metal se encontra nunha disolución ácida. O 2 + 4H + +4e 2H 2 O Unha disulución ácida con osixeno disolto. O 2 + 2H 2 O+4e 4OH Prodúcese con auga aireada o osíxeno encóntrase dispoñible na xona do cátodo. M v+ + ve M Os ións metálicos tamén se poden reducir, e provocar a oxidación doutro metal. Esta situación é pouco frecuente é precisamente utilízase esta propiedade para a protección contra a corrosión. 5. Cela electroquímica. Lei de Nernst. Velocidade de corrosión. Unha cela electroquímica fórmase cando se introducen dous metais nun líquido conductor. Nunha cela electroquímica observanse os dous fenómenos a oxidación e a redución. Podemos encontrar os seguintes compoñentes: a) Cátodo: recíbe os electróns do ánodo polo circuito externo. b) Ánodo: cede electróns é corróese o metal o abandonar os ións e disolverse no líquido.

7 c) Circuíto externo: é o conductor que transporta os electróns do ánodo ao cátodo. d) Electrólito: é o conductor que completa o circuito. Tamen disolve os ións metálicos do ánodo é conten os ións que se van reducir no cátodo. A diferencia de potencial que se producen entre o ánodo e o cátodo en función da concentración está dada pola Lei de Nersnt, que ven expresada pola ecuación: = 0 0,0592 log [oxid ] n [redu] n é o número de electróns que participan nas reaccións. Ata agora estudamos estas disolucións formando unha pila, pero podemos aplicarlle unha corrente aos electrólitos utilizando unha fonte externa, entón segundo a polaridade do potencial aplicado a reacción desplazarase a un lado o a outro. A fórmula que nos da a cantidade de material depositado ou corroído ven dado pola fórmula: m= ItM nf f es la constante de Faraday culombios/mol 6. Tipos de corrosión Corrosión uniforme Cando se coloca un metal nun electrólito unhas zonas actúan como ánodo e outras como cátodo repartidas ao azar, o que da lugar a unha corrosión uniforme sen necesidade de outro material. É a forma máis común e predecible de corrosión pode prevenirse con recubrementos. Corrosión galvánica Cando temos dous metais separados na serie galvánica proximos en presencia dun electrólito prodúcese a corrosión. O que que teñen os potenciais máis electronegativos teñen tendencia a corrosión (oxidación ánodo). Debemos ter cuidado de utilizar metais proximos na seria galvánica, de utilizar unha

8 rexión anódica o mais grande posible, ou illar os metais cun aillante eléctrico. Picaduras Unha greta pode provocar que a corrosión penetre no interior o quedarse se osíxeno ó oxidarse o Fe. As superficies pulidas teñen mais resistencia a este tipo de corrosión. Corrosión por erosión Prodúcese cando un metal que ten unha capa protectora perde por desgaste ou dalgunha outra maneira esta capa, e o quedar exposto a un ambente oxidante favorece a corrosión. Corrosión por tensións Un esforzo externo ou unha deformación pode provocar greta que fagan que a corrosión penetre no seu interior. Protección contra a corrosión Deseño Inhibidores Son sustancias que reaccionan co osíxeno e evitan que reaccionen co metal do recipiente, un exemplo sería as sales de cromo. Recubrementos protectores Metálicos Temo que ter coidado co metal elexido para o recubremento xa que por exemplo o Sn compórtase coma cátodo entón unha greta no recubremento pode acelerar a oxidación do Fe. Orgánicos Podemos destacar as pinturas que aislan o metal do exterior. Protección anódica Formáse unha capa de óxido ou hidróxido que evita a formación de celas galvánicas Protección catódica Trátase de facer que o metal que se vai protexer deixe de ser ánodo para forzalo a ser cátodo.

9 Selección do material Empregamos outro material que sexa máis resistente a corrosión como poden ser aceiros o Ni ou o Cr. Oxidación a) O óxido ocupa menos superficie que a superficie externa do metal e a oxidación pode penetrar no seu interior b)o óxido ocupa toda a superficie formando unha película impermeable que evita que a corrosión penetre no interior c)qué a capa de oxido sexa maior entón a capa protectora vaise desfacendo aparecendo espazos nos que pode continuar a corrosión.