Hispanopedia WikiLa fatiga por corrosión es la fatiga en un entorno corrosivo. Es la degradación mecánica de un material bajo la acción conjunta de la corrosión y la carga cíclica. Casi todas las estructuras de ingeniería experimentan algún tipo de tensión alterna y están expuestas a entornos nocivos durante su vida útil. El entorno desempeña un papel importante en la fatiga de materiales estructurales de alta resistencia, como el acero, las aleaciones de aluminio y las aleaciones de titanio. Se están desarrollando materiales con alta resistencia específica para satisfacer los requisitos de la tecnología avanzada. Sin embargo, su utilidad depende en gran medida del grado en que resistan la fatiga por corrosión.
Los efectos de los entornos corrosivos sobre el comportamiento de fatiga de los metales se estudiaron ya en 1930. [1]
El fenómeno no debe confundirse con el agrietamiento por corrosión bajo tensión , en el que la corrosión (como las picaduras) provoca el desarrollo de grietas frágiles, su crecimiento y su falla. El único requisito para la fatiga por corrosión es que la muestra esté sometida a tensión de tracción.
Efecto de la corrosión en el diagrama SN
El efecto de la corrosión sobre un diagrama SN de una muestra lisa se muestra esquemáticamente a la derecha. La curva A muestra el comportamiento de fatiga de un material probado en aire. En la curva A se observa un umbral (o límite) de fatiga, que corresponde a la parte horizontal de la curva. Las curvas B y C representan el comportamiento de fatiga del mismo material en dos entornos corrosivos. En la curva B, se retarda la falla por fatiga a niveles altos de tensión y se elimina el límite de fatiga. En la curva C, toda la curva se desplaza hacia la izquierda; esto indica una disminución general de la resistencia a la fatiga, una iniciación acelerada a tensiones más altas y la eliminación del límite de fatiga.
Para satisfacer las necesidades de la tecnología avanzada, se desarrollan materiales de mayor resistencia mediante tratamiento térmico o aleación . Dichos materiales de alta resistencia generalmente exhiben límites de fatiga más altos y se pueden usar en niveles de tensión de servicio más altos incluso bajo carga de fatiga. Sin embargo, la presencia de un entorno corrosivo durante la carga de fatiga elimina esta ventaja de tensión, ya que el límite de fatiga se vuelve casi insensible al nivel de resistencia para un grupo particular de aleaciones. [2] Este efecto se muestra esquemáticamente para varios aceros en el diagrama de la izquierda, que ilustra el efecto debilitante de un entorno corrosivo sobre la funcionalidad de los materiales de alta resistencia bajo fatiga.
La fatiga por corrosión en medios acuosos es un comportamiento electroquímico. Las fracturas se inician por picaduras o por bandas de deslizamiento persistentes . [3] La fatiga por corrosión se puede reducir mediante la adición de aleaciones, inhibición y protección catódica, todo lo cual reduce las picaduras. [4] Dado que las grietas por fatiga por corrosión se inician en la superficie de un metal, se ha descubierto que los tratamientos de superficie como el enchapado, el revestimiento, la nitruración y el granallado mejoran la resistencia de los materiales a este fenómeno. [5]
Estudios de propagación de grietas en fatiga por corrosión
En los ensayos de fatiga normales de muestras lisas, aproximadamente el 90 por ciento se dedica a la nucleación de grietas y solo el 10 por ciento restante a la propagación de grietas. Sin embargo, en la fatiga por corrosión, la nucleación de grietas se ve facilitada por la corrosión; por lo general, aproximadamente el 10 por ciento de la vida útil es suficiente para esta etapa. El resto (90 por ciento) de la vida útil se dedica a la propagación de grietas. Por lo tanto, es más útil evaluar el comportamiento de propagación de grietas durante la fatiga por corrosión.
La mecánica de fracturas utiliza muestras previamente agrietadas, lo que permite medir eficazmente el comportamiento de propagación de grietas. Por este motivo, se hace hincapié en las mediciones de la velocidad de propagación de grietas (utilizando la mecánica de fracturas) para estudiar la fatiga por corrosión. Dado que la grieta por fatiga crece de manera estable por debajo del factor crítico de intensidad de tensión para la fractura (tenacidad a la fractura), el proceso se denomina crecimiento de grietas subcrítico.
El diagrama de la derecha muestra un comportamiento típico de crecimiento de grietas por fatiga. En este gráfico logarítmico , la velocidad de propagación de grietas se representa gráficamente en función del rango de intensidad de tensión aplicada. Generalmente, existe un rango de intensidad de tensión umbral, por debajo del cual la velocidad de propagación de grietas es insignificante. En este gráfico se pueden visualizar tres etapas. Cerca del umbral, la velocidad de propagación de grietas aumenta con el aumento del rango de intensidad de tensión. En la segunda región, la curva es casi lineal y sigue la ley de Paris (6); [6] en la tercera región, la velocidad de propagación de grietas aumenta rápidamente, y el rango de intensidad de tensión conduce a la fractura en el valor de tenacidad a la fractura.
La propagación de grietas por fatiga por corrosión puede clasificarse como a) fatiga por corrosión real, b) fatiga por corrosión bajo tensión o c) una combinación de fatiga real, fatiga por corrosión y bajo tensión.
Fatiga por corrosión real
En la fatiga por corrosión verdadera, la velocidad de crecimiento de grietas por fatiga se ve mejorada por la corrosión; este efecto se observa en las tres regiones del diagrama de velocidad de crecimiento de grietas por fatiga. El diagrama de la izquierda es un esquema de la velocidad de crecimiento de grietas en condiciones de fatiga por corrosión verdadera; la curva se desplaza hacia un rango de factor de intensidad de tensión más bajo en el entorno corrosivo. El umbral es más bajo (y las velocidades de crecimiento de grietas más altas) en todos los factores de intensidad de tensión. La fractura de la muestra se produce cuando el rango de factor de intensidad de tensión es igual al factor de intensidad de tensión umbral aplicable para el agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Al intentar analizar los efectos de la fatiga por corrosión en el crecimiento de grietas en un entorno particular, tanto el tipo de corrosión como los niveles de carga de fatiga afectan el crecimiento de grietas en diversos grados. Los tipos comunes de corrosión incluyen filiforme , picaduras , exfoliación, intergranular; cada uno afectará el crecimiento de grietas en un material particular de una manera distinta. Por ejemplo, las picaduras serán a menudo el tipo de corrosión más dañino, degradando el rendimiento de un material (al aumentar la tasa de crecimiento de grietas) más que cualquier otro tipo de corrosión; incluso las picaduras del orden del tamaño de grano de un material pueden degradar sustancialmente un material. El grado en que la corrosión afecta las tasas de crecimiento de grietas también depende de los niveles de carga de fatiga; por ejemplo, la corrosión puede causar un mayor aumento en las tasas de crecimiento de grietas con cargas bajas que con una carga alta. [7]
Fatiga por corrosión bajo tensión
En los materiales en los que el factor de intensidad de tensión máxima aplicada supera el valor del umbral de agrietamiento por corrosión bajo tensión, la corrosión bajo tensión aumenta la velocidad de crecimiento de la grieta. Esto se muestra en el esquema de la derecha. En un entorno corrosivo, la grieta crece debido a la carga cíclica en un rango de intensidad de tensión más bajo; por encima de la intensidad de tensión umbral para el agrietamiento por corrosión bajo tensión , se produce un crecimiento adicional de la grieta (la línea roja) debido al SCC. Las regiones de intensidad de tensión más baja no se ven afectadas y el rango de intensidad de tensión umbral para la propagación de grietas por fatiga no cambia en el entorno corrosivo. En el caso más general, el crecimiento de grietas por corrosión-fatiga puede exhibir ambos efectos anteriores; el comportamiento del crecimiento de grietas se representa en el esquema de la izquierda.
Véase también
- Corrosión
- Prueba de corrosión cíclica
- Fatiga del metal
- Agrietamiento por corrosión bajo tensión
- Estrés
Referencias
- ^ PT Gilbert, Reseñas metalúrgicas 1 (1956), 379
- ^ H. Kitegava en Corrosion Fatigue, Chemistry, Mechanics and Microstructure , O. Devereux et al., eds. NACE, Houston (1972), pág. 521
- ^ C. Laird y DJ Duquette en Corrosion Fatigue, Chemistry, Mechanics and Microstructure , pág. 88
- ^ J. Congleton e IH Craig en Procesos de corrosión , RN Parkins (ed.). Applied Science Publishers, Londres (1982), pág. 209
- ^ HH Lee y HH Uhlig, Metall. Trans. 3 (1972), 2949
- ^ PC Paris y F. Erdogan, J. Ingeniería básica , ASME Trans. 85 (1963) 528
- ^ Craig L. Brooks, Scott A. Prost-Domasky, Kyle T. Honeycutt y Thomas B. Mills, "Modelado predictivo de la vida útil de la estructura" en ASM Handbook Volumen 13A, Corrosión: Fundamento, Pruebas y Protección , octubre de 2003, 946-958.