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APUNTES DE METALURGIA

218

UNIDAD VII: CORROSION Y OXIDACIÓN


219

CORROSIÓN.

CONTROL DE LA CORROSIÓN EN UNA AERONAVE: Las aeronaves modernas se

fabrican a partir de materiales ligeros, metales que son altamente reactivas con los

contaminantes que se encuentran en la atmósfera. El aire salado de las regiones bajas

(costas) y los contaminantes industriales de las áreas urbanas atacan las estructuras de

aleaciones de aluminio y magnesio, y de acuerdo a la estimación hecha por la asociación

del transporte aéreo, el costo en la industria americana anda alrededor de 6 billones de

dólares por año debidos a daños por corrosión.

La corrosión es una acción electroquímica compleja que causa que los metales se

transformen en sus sales y óxidos elementales. Estas substancias reemplazan el metal y

causa severas perdidas de resistencia en la estructura. Los mecanismos actuales de

corrosión son relativamente simples y se requieren principalmente de los 3 puntos

siguientes:

1. La existencia de una diferencia de potencial en el metal.

2. Debe existir un camino conductivo entre las 2 áreas de potencial diferente.

3. La existencia de alguna forma de electrolito o fluido que cubra las 2 áreas.

La corrosión es un proceso natural, y su prevención es casi imposible, sin embargo debe ser

controlada. En la aviación la técnica usada es prevenir o remover cualquier indicio de

corrosión de tal manera que se obtenga un tiempo de vida más largo en la estructura de la

aeronave. La limpieza de la superficie es uno de los caminos para controlar la corrosión,

cualquier otro tipo de corrosión que se forme, es removido de la superficie y se protege con

algún recubrimiento.

CORROSIÓN: Para entender la corrosión debemos comprender que esta es una acción

electroquímica. Recordemos que todos los materiales constan de átomos y moléculas,

donde el primero es la unidad básica de un elemento químico, mientras que una molécula es

una agrupación de átomos que hacen perfectamente identificable la unidad de un

compuesto químico. Por ejemplo el sodio (Na) es un elemento metálico y consiste

simplemente de átomos, sin embargo combinado con el cloro (Cl) forma una molécula de

cloruro de sodio (NaCl), es decir la sal común. Un átomo consiste de un núcleo con

protones de carga positiva y neutrones sin carga. Alrededor del núcleo se encuentran los

electrones cargados negativamente. Si el átomo tiene exactamente el mismo numero de

electrones y protones esta balanceado. Si hay más o menos electrones que protones se dice

que el átomo esta cargado, este átomo cargado es conocido como ion.


220

Si hay más protones que electrones se conocen como un ion positivo, por el contrario sí hay

más electrones que protones se conoce como un ion negativo y un ion es inestable, siempre

perdiendo o cargando electrones extra.

CORROSIÓN Y DESGASTE.

En la composición química, el material es disuelto por un liquido corrosivo. En la corrosión

electroquímica, los átomos mecánicos son eliminados del material sólido debajo a que se

origina un circuito eléctrico. Los metales y circuitos cerámicos reaccionan con un medio

ambiente gaseoso, normalmente a temperaturas elevadas y el material puede ser destruido

por la formación de óxidos u otros compuestos.

Los materiales pueden también modificarse cuando se exponen a la radiación e incluso a las

bacteria. Finalmente, una gran diversidad de mecanismos de desgaste y de corrosión alteran

la forma de los materiales. Se gastan enormes sumas de dinero cada año para reparar los

daños ocasionados por la corrosión.

CORROSIÓN QUÍMICA: En la corrosión química o disolución directa, el material se

disuelve en un medio liquido corrosivo y continua disolviéndose en el liquido hasta que se

consume el material o se satura el liquido. Un ejemplo sencillo es el de sal que se disuelve

en agua.

DETERIORO POR METAL LIQUIDO: Los metales líquidos atacan inicialmente a un

sólido en los sitios de alta energía, como los limites de grano. Si estas regiones continúan

siendo atacadas de modo preferente, finalmente se originan grietas. A menudo esta forma

de corrosión se complica por la humedad, la formación de compuestos que aceleran el

ataque, o la corrosión electroquímica.

DISOLUCIÓN SELECTIVA: Un elemento particular en una aleación puede ser, disuelto y

separado del sólido. La desindificación ocurre en el latón que contiene más de 15% de zinc.

Tanto el cobre como el zinc son disueltos por soluciones acuosas a temperaturas elevadas;

los iones zinc permanecen en la solución mientras que los iones cobre se reubican sobre el

latón. Finalmente, el latón se vuelve poroso y débil.

La corrosión de la fundición gris ocurre cuando el hiero es disuelto selectivamente en agua

o salitre, dejando tras de sí hojuelas entre lazadas de grafito y un producto de la corrosión.

La corrosión localizada a menudo causa fallas o fugas en tuberías de fundición gris,

provocando explosiones.


221

FUSIÓN EN LAS CERÁMICAS: Los refractarios cerámicos utilizados para contener metal

fundido durante la fusión o la refinación pueden ser disueltos por las escorias que se

producen en la superficie metálica.

SOLVENTES O DISOLVENTES PARA LOS POLÍMEROS : Los polímeros se disuelven en

solventes líquidos que presentan estructuras similares. El polietileno, que tiene una

estructura en cadena recta, se disuelve fácilmente en solventes orgánicos cuyas moléculas

se asemejan a la molécula del etileno. El poliestireno se disuelve con más facilidad en los

solventes orgánicos como el benceno, que tiene una estructura molecular similar.

PRINCIPIOS GENERALES DE LA CORROSIÓN QUÍMICA: Se observan muchas

características en la corrosión química:

1. Los iones o las moléculas pequeñas se disuelven más rápidamente que las estructuras de

mayor complejidad. Una cera se disuelve más pronto en un solvente orgánico liquido

que el polietileno. Las sales ionicas se disuelven más rápidamente en un fúndente que

los iones complejos de silicato.

2. La disolución se efectúa con mayor rapidez cuando el sólido u el liquido solvente tienen

estructuras similares.

3. La disolución es acelerada a temperaturas elevadas, debido a las altas velocidades de

disociación y a las mayores solubilidades.

4. Evitar la corrosión química es relativamente difícil.

CELDA ELECTROQUÍMICA: Una celda electroquimica se forma cuando dos piezas de

metal se ponen en contacto a través de un liquido conductor o electrolito. El circuito

eléctrico completo que se produce permite tanto la electrodepositación como la corrosión

electroquímica.

Componentes de una celda electroquímica:

1. Ánodo : El ánodo cede electrones al circuito y se corroe.

Cátado : El cátado recibe electrones del circuito a través de una reacción química. Los

iones que se combinan con los electrones producen un subproducto en el cátado.

2. Contacto Físico : El ánodo y el cátado deben estar conectados eléctricamente por

contacto físico para que los eléctricamente por contacto físico para que los electrones

fluyan del ánodo al cátado.

3. Electrolito : Es un liquido que debe estar en contacto tanto con el ánodo como con el

cátado. El electrolito es conductor por lo que completa el circuito. Dicho liquido

proporciona el medio a través del cual, los iones metálicos abandonan la superficie del

ánodo y asegura que los iones se desplacen hacia el cátado que acepta los electrones.


222

Figura 59. Componentes de una celda electroquímica. (a) Un montaje posible para

electrodepositación. (b) Una celda de corrosión entre un tubo para agua de acero y

una conexión de cobre.

REACCIÓN ANÓDICA: El ánodo que es un metal, experimenta una reacción por oxidación

mediante la cual se ionizan, los átomos metálicos. Estos ingresan a la solución electrolítica

mientras que los electrones abandonan el ánodo a través de la conexión eléctrica.

M Mn + ne-

Debido a que los átomos metálicos salen del ánodo, este se corroe.

REACCIÓN CATÓDICA EN LA ELECTRODEPOSITACIÓN: En este proceso, ocurre en

el cátado una reacción por reducción, la cual es el inverso de la reacción en el ánodo.

Mn + ne- M

Electrones Contacto

Ánodo

Cát

odo

Iones

Electrolito

Ánodo Ánodo

Agua Iones

(b)

Cátodo

Tubo de acero

Conexión de Cobre

(a)


223

REACCIONES CATÓDICAS EN LA CORROSIÓN : Excepto en condiciones poco usuales,

la electrodepositación de un metal no ocurre durante la corrosión electroquímica. En lugar

de ello, la reacción de reducción forma un producto secundario en forma de gas, sólido o

liquido en el cátado.

POTENCIAL ELECTRODICO EN LAS CELDAS ELECTROQUIMICAS: En la

electrodepositación debe aplicarse un voltaje para originar un flujo, de corriente en la celda.

En cambio en la corrosión se genera de modo natural un potencial cuando se coloca un

material en una solución.

Cuando se coloca un metal ideal perfecto en un electrolito se produce un potencial

electrodico, el cual se relaciona con la tendencia del material a ceder electrones.

Tabla 39. Serie de fuerzas electromotrices (fem.) para algunos elementos.

Metal Potencial Electrodico

(V)

Anodicos LiLi+ + e- -3.05

MgMg2+ + 2e- -2.37

AlAl3+ + 3e- -1.66

TiTi2+ + 2e- -1.63

MnMn2+ + 2e- -1.63

ZnZn2+ + 2e- -0.76

CrCr3+ + 3e- -0.71

FeFe2+ + 2e- -.044

NiNi2+ + 2e- -0.25

SnSn2+ + 2e- -0.14

PbPb2+ + 2e- -0.13

H22H2+ + 2e- 0.00

CuCu2+ + 2e- +0.34

4(OH)O2 + 2H2O + 4e- +0.40

AgAg++ e- +0.80

PtPt4++ 4e- +1.20

2H2O O2 + 4H4 + 4e- +1.23

Catódicos AuAu3+ + 3e- +1.5


224

EFECTO DE LA CONCENTRACIÓN EN EL POTENCIAL ELECTRODICO : Este

potencial depende de la concentración del electrolito. La ecuación de Nernst permite

estimar el potencial electrodico en soluciones que no son las estándares o patrones.

E = (Eo + 0.0592 / ) C(ion)

donde :

E= Potencia electrodico en una solución que contiene una concentración Cion del metal

en unidades molares.

= Es la valencia del ion metálico.

E0 = Es el potencial electrodico patrón en una solución 1M. Cuando Cion = 1 E=Eo. Nótese

que el logaritmo es de base 10.

Ejemplo : Supóngase que 1gr de cobre en forma de Cu2+ se disuelve en 1000 gr de agua

para tener un electrolito.

a). Calcular el potencial electrodico.

SOLUCIÓN:

Por química se sabe que se obtiene una solución patrón 1M de Cu2+ cuando se añade 1 mol

de Cu2+ (una cantidad igual a la masa atómica del Cu) a 1000 gr de agua. La masa atómica

del Cu es 63.546 gr/mol. La concentración de la solución cuando se añade solamente 1gr de

Cu debe ser.

Cion = 1 / 63.546 = 0.0157M.

De la ecuación de Nernst con:

= 2

Eo = 0.34V

Eo = Eo + (0.0592 / ) log (Cion)

Eo = 0.286V:

TIPOS DE CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA.


225

DETERIORO UNIFORME : Cuando se coloca un metal en un electrolito, algunas regiones

son anodicas respecto a otras. Sin embargo la ubicación de tales regiones se desplaza y aun

se invierte por intervalos. Puesto que las regiones anodicas y catódicas cambian

continuamente, el metal se corroe de manera uniforme aun sin contacto con otro material.

DETERIORO GALVÁNICO: Ocurre cuando ciertas áreas actúan siempre como ánodos,

mientras que otras lo hacen siempre como cátados. Estas celdas electroquimicas se

denominan celdas galvánicas y se clasifican en 3 tipos:

1. celdas de composición

2. celdas de esfuerzo

celdas de concentración.

Figura 60. Ejemplo de celdas microgalvánicas en las aleaciones de dos fases. (a) En el

acero, la ferrita es anódica respecto a la cementita. (b) En el acero inoxidable

austenítico, la precipitación del carburo de cromo hace a la austenita anódica en los

límites de grano.

Ferrita e-

Cementita

Ferrita e-e-

Cementita

Ferritae-

Fe

Fe

Fe

Fe

2+

2+

2+

2+

En el ánodo (ferrita

Fe --- Fe + 2e-2+

En el cátodo (cementita)

O + H O + 4E- ---4(OH)-2 2

Fe + 2(OH) - --- Fe (OH)2+ 2

Austenita

%C >12

Austenita

%C <12

Austenita

%C >12

Carburo de

Cromo

Iones

metálicos

Capa protectora de

óxido. pasiva

Depósito

(a) (b)


226

Figura 61. Ejemplos de celdas por esfuerzo. (a) El trabajo en frío requerido para

doblar una barra de acero introduce altos esfuerzos residuales en el doblez, el cual es

entonces anódico y se corroe. (b) Debido a que los límites de grano presentan alta

energía son anódicos y se corroen.

Figura 62. Celdas por concentración. (a) La corrosión ocurre debajo de una gota de

agua sobre una placa de acero debido a la baja concentración de oxígeno en el agua.

(b) La corrosión ocurre en el extremo de una hendidura debido al limitado acceso de

oxígeno.

Altos esfiuerzos

residuales en los

dobleces con trabajo

en frio (anodo)

Fe2+

Fe

Fe2+

2+

Bajos esfuerzos residuales en el

acero sin doblar (catodo)

Los limites de grano tienen

mayor energia (anodo)

Iones

metalicos

El interior de los granos tiene

menor energia (cátodo)

(a) (b)

Bajo oxigeno (ánodo)

Fe --- Fe 2+ + 2e-

Fe2+

Agua

Hierroe-El extremo de la hendidura

es bajo en oxigeno ( ánodo)

Alto oxigeno (cátodo)

Sujetador

(a)(b)

Alto oxigeno (cátodo)

O2 +2H2O+4e- --- 4(OH)-

Fe2+2(OH)- --- Fe(OH)2


227

ANÓDICOS

CATÓDICOS

Tabla 40. Serie galvánica en el agua de mar.

Magnesio.

Aleaciones de magnesio.

Zinc.

Acero galvanizada.

Aluminio 5052

Aluminio 3003

Aluminio 1400

Aluminio 6053

Alclad

Cadmio

Aluminio 2017

Aluminio 2024

Acero de bajo carbono

Fundición (o hierro fundido)

Acero inoxidable 410 (activo)

Soldadura 50% Pb-50% Sn

Acero inoxidable 346 (activo)

Plomo

Estaño

Latón Cu-40% Zn

Bronce al manganeso

Aleaciones a base de níquel (activas)

Latón Cu-35% Zn

Bronce al aluminio

cobre

Aleación Cu-30% Ni

Aleaciones a base de níquel

(pasivas)

Aceros inoxidables (pasivas)

Plata

Titanio

Grafito

Oro

Platino


228

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA.

Técnicas que se utilizan para impedir la corrosión:

-Diseño.

-Recubrimientos.

-Inhibidores.

-Protección catódica.

-Pasivación.

-Selección de los materiales.

DISEÑO: Mediante un diseño adecuado de las estructuras metálicas, la corrosión puede

aminorarse o incluso evitarse, factores que deben considerarse se mencionan a

continuación:

1. Impedir la formación de las celdas galvánicas.

2. Diseñar componentes para la contención de líquidos que sean cerrados y no abiertos y

no se acumule liquido estancado.

3. hacer el área del ánodo mucho mayor que la del cátado.

4. Evitar hendiduras y grietas entre los materiales armados o unidos.

RECUBRIMIENTO: Se utilizan para aislar las regiones del cátado y el ánodo. Los

recubrimientos temporales como la grasa o el aceite proporcionan cierta protección pero se

eliminan fácilmente los recubrimientos orgánicos, como la pintura o los recubrimientos

cerámicos como el esmalte o el vidrio proporcionan una mayor protección.

Los recubrimientos metálicos incluyen al acero galvanizado (con depositación de zinc) y la

depositación de estaño.

Los recubrimientos por conversión química se producen por una reacción química con la

superficie.


229

Figura 63. Métodos alternativos para unir dos piezas de acero. (a) Los sujetadores

pueden producir una celda por concentración,(b) la soldadura por latonado o

estañado puede producir una celda por composición, y(c) la soldadura con un metal

de aporte o relleno semejante al metal base puede evitar la formación de celdas

galvánicas.

INIBIDORES: Algunos agentes químicos añadidos a la solución de electrolito, emigran

preferentemente hacia la superficie del ánodo o del cátado y producen una polarización por

concentración o por resistencia.

Los inhibidores pueden concentrarse en el ánodo, causando una severa polarización por

concentración y reducen de modo importante la rapidez de corrosión del ánodo.

Corrosión en

la hendidura

Remache

(a)

Celda por composición

iones

Material de estañado o latonadoSoldadura

Soldaura

(b) (c)

CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2

ÁNODO solución

CrO4-2

METÁLICO CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2

CrO4-2


230

PROTECCIÓN CATÓDICA: Se puede proteger contra la corrosión suministrando

electrones al metal y forzándolo a ser un catodo. La protección catódica puede realizarse

utilizando un ánodo de sacrificio o un voltaje inverso.

PASIVACIÓN O PROTECCIÓN ANODICA: Los metales cercanos al extremo anodico de

la serie galvánica son activos y sirven como ánodos en la mayoría de las celdas

electroliticas. La pasivación se realiza mediante la producción de una fuerte polarización

anodica, evitando la reacción anodica normal.

Figura 64. Protección catódica de una tuberia de acero enterrada (o soterrada). (a) Un

ánodo sacrificial de magnesio asegura que la celda galvánica haga un cátodo de la

tubería. (b) Un voltaje aplicado entre una masa de chatarra de hierro como ánodo

auxiliar y la tubería asegura que ésta sea el cátodo.

SELECCIÓN DE LOS MATERIALES Y TRATAMIENTO: La corrosión puede evitarse o

minimizarse seleccionando de manera adecuada los materiales y los tratamientos térmicos

en las funciones.

Hay varias técnicas a través de las cuales se puede minimizar el problema.

1. Si el acero contiene menos de 0.03%C no se forman carburos de cromo.

Si el % de Cr es muy alto, la austenita puede agotarse por debajo de 12% Cr, aun sí se

forman los carburos de cromo.

2. La adición de titanio o de niobio mantiene el carbono en forma de TiC o NbC evitando

la formación de carburo de cromo. Se dice que el acero esta estabilizado.

Atmósfera

e-

Mg2+

Mg Mg

Suelo

Atmosfera

+-

e-

Chatarra

de hierro

(a)(b)


231

3. El intervalo de temperaturas de sensibilización de 425ºC a 870ºC debe ser evitado

durante la manufactura o el servicio.

4. El tratamiento térmico de el acero inoxidable es calentado por encima de los 870ºC

causando la disolución de los carburos de Cr.

OXIDACIÓN.

Los materiales de todos los tipos pueden reaccionar con el oxigeno y otros gases.

Oxidación de los metales : Los metales pueden reaccionar con el oxigeno produciendo un

oxido en la superficie. Interesan tres aspectos de esta reacción - la facilidad con que se

oxida el metal, la naturaleza de la película de oxido que se forma y la velocidad con que

ocurre la oxidación. La facilidad con la que ocurre la oxidación esta dada por la energía

libre de formación.

Figura 65. Energía libre de formación de algunos óxidos como función de la

temperatura. Una gran energía negativa indica un óxido más estable.

0 250 500 750 1000 15001250 1750

0

-50

-100

-150

-200

-250

-300

4Cu + O2 - 2Cu2O

Los óxidos relativamente

inestables

2Ni + O2 --- 2NiO 2Fe + O2 --- 2FeOC + O2 --- 2CO2

2Mg + O2 ---- 2MgO

2C + O2 --- 2CO

4/3 Al + O2 --- 2/3 Al2O3

Los óxidos son

relativamente estables

Temperatura (°C)

Ener

gía

lib

re d

e fo

rmac

ión

(Kca

l/m

ol

O2)


232

Figura 66. Se pueden formar tres tipos de óxidos, dependiendo de la relación de

volumen entre el metal y el óxido. (a) El magnesio produce una película porosa de

óxido; (b) el aluminio forma una película de óxido no poroso, adherente y protectora;

y © el hierro forma una película de óxido que se desprende y aporta escasa protección.

DAÑO POR RADIACIÓN

METALES: La radiación de alta energía, como la de neutrones, puede sacar un átomo de su

lugar normal en la red creando intersticios y vacantes. Estos defectos puntuales reducen la

conductividad eléctrica y provocan que los metales dúctiles se hagan más duros y frágiles.

El recocido puede subsanar el daño por radiación.

CERÁMICOS: La radiación crea también defectos puntuales en los materiales cerámicos.

Normalmente se observa un pequeño efecto en las propiedades mecánicas, ya que los

cerámicos son frágiles, pero las propiedades físicas como la conductividad técnica y las

propiedades ópticas pueden perjudicarse.

DESGASTE Y EROSIÓN: El desgaste y la erosión eliminan material de un componente a

través del deterioro mecánico de sólidos y líquidos.

Magnesio

Mg

MgO

a)

AluminioAl

Al O2

3

b)

Hierro Fe

FeO

Traslape

FeOFe

c)


233

DESGASTE POR ADHERENCIA: Este desgaste, conocido también como rayado o

raspado, ocurre cuando 2 superficies sólidas deslizan una sobre otra bajo presión. Conforme

continua el deslizamiento se rompen estas uniones produciendo cavidades en la superficie

de las partes proyectadas provocando así mayor desgaste de las superficies.

DESGASTE ABRASIVO: Ocurre cuando el material se elimina de la superficie al contacto

con partículas duras, la cual pueden encontrarse presentes en la superficie al contacto de un

segundo material o como partículas sueltas entre dos superficies. A diferencia del desgaste

por adherencia no ocurre unión.

CONTROL DEL MEDIO AMBIENTE

Las nuevas tendencias de la sanidad en el mundo han planteado una revisión de su filosofía

de actuación y parece ser que en un futuro próximo vamos a asistir a una implantación

masiva de la medicina preventiva que evite la creación de centros de medicina asistencial,

condenados, en actuación solitaria, a estar continuamente desbordados en la demanda de

sus servicios.

Las causas que han motivado a esta revisión son:

Una de carácter económico y

Otra de una nueva concepción de lo que es la calidad de vida.

Los que de una u otra forma se dedican a los problemas de la corrosión y protección de los

metales, hace tiempo que están patrocinando esta filosofía de potenciación de calidad de

vida obviamente con el cuidado del medio ambiente.

La ausencia de una formación científica y técnica organizada a nivel de enseñanza superior

y de grado medio hace que los titulados técnicos de nuestras escuelas y Universidades

salgan con sus correspondientes diplomas y una ausencia total, o casi total, de

conocimientos elementales de corrosión y proyección metálica, con los que inmediatamente

habrán de enfrentarse en su quehacer profesional. El planteamiento excesivamente

burocrático y nada ágil para poder incorporar la docencia en estos temas aunque solo sea a

nivel de postgraduado, dentro de las universidades y escuelas haría necesaria la

introducción de nuevos estudios para el control del medio ambiente.

Es necesario, cada ves más que al lado de los proyectistas de estructuras metálicas o

de diseño de equipos e instalaciones hay un experto en corrosión ó, al menos, que los

técnicos responsables del diseño y construcción tengan unos conocimientos básicos sobre

este particular. Sólo con esté último y no cabe pedir menos, se habrían evitado un gran

número de los problemas que plantea el empleo de los materiales metálicos con un costo

casi nulo.


234

La realización de un proyecto correcto desde el punto de vista de la protección

contra la corrosión, exige una previsión de mantenimiento de la instalación. Esta previsión

permitirá de una parte, acumular una información de instalación. Esta previsión permitirá

acumular una información muy valiosa sobre el comportamiento de los materiales y, de

otra, detectar esto en grandes empresas, la existencia de un experto en corrosión

solucionaría grandes problemas sobre el desgaste de los materiales y el control del medio

ambiente.

Existen varios tipos de corrosión por lo que solo mencionaremos algunos:

Corrosión uniforme,

Corrosión generalizada y regular,

Corrosión localizada,

Corrosión por formación de picaduras,

Corrosión por agrietamiento,

Corrosión bacteriana,

Corrosión galvánica,

Corrosión por corrientes vagabundas,

Corrosión por pilas de concentración,

Corrosión por aireación diferencial,

Corrosión selectiva,

Corrosión a bajas y altas temperaturas.

El empleo de limpiadores, decapantes, etc. Como el empleo de productos químicos

orgánicos como pinturas hacen necesario la instalación de plantas tratadoras de aguas

residuales para protección del medio ambiente.

NOTA. LOS PROBLEMAS PROPUESTOS Y RESUELTOS QUE SE MUESTRAN A

CONTINUACIÓN SE DEBEN CONSULTAR EN EL PROBLEMARIO DE METALURGIA

PARA UN MEJOR ENTENDIMENTO, PUESTO QUE ESTOS SE ENCUENTRAN

RESUELTOS PASO A PASO PARA UN SUPERIOR ENTENDIMIENTO.

PROBLEMA: Supóngase que se disuelven 3 gr. de iones de Ag. en 1000 gr de agua para

producir un electrolito. Calcular el potencial electrodico de la semicelda de plata.


235

DATOS:

Mag = 3 gr. de Ag.

MH2O = 1000 gr.

E = ?

Pmag = 107.87 gr./mol

E0 = 0.80 v

SOLUCIÓN:

Cion= 3 gr. / 107.9 gr/mol = 0.0278 mol

de la ecuación de Nerst, con n =2 y E0= 0.80 V

E= 0 + (0.0592 / )(log 0.0278)

E = 0.8 + 0.0296(log 0.0278)

E = 0.753 V.

PROBLEMA: Supóngase que se disuelven 25 gramos de iones Ni2+ en 1000 gr. de agua

para producir un electrolito. Calcular el potencial electrodico de la semicelda níquel.


236

DATOS:

25 gr. de iones Ni2+

n = 2

SOLUCIÓN:

Ni ion = 25 / 58.7 = 0.4258

E= 0 + (0.0592 / ) (log. 0.4258)

E = 0.2609

PROBLEMA: Una semicelda que se produce disolviendo Zinc en agua produce un

potencial electrodico de -0.77V. Calcular la cantidad de zinc que debe añadirse a 1000 gr.

de agua para producir este potencial.

DATOS:


237

E = -0.77V

0 = -0.76

SOLUCIÓN:

E = 0 + (0.0592 / )(log. 0.4258)

-0.77 = -0.760 + (0.0592 / )(log. Zinc)

0 77

0 02960 760

65 4

25 2565 4

65 4

30

25 25

.

.. log

.

. log.

.

.

.

x

x

ex

Zn gr

PROBLEMA: Se encuentra que el potencial electrodico de una semicelda de oro es de

1.48V. Determinar la concentración de iones Au3+ en un electrolito.

SOLUCIÓN:


238

MAu = 197.2

E = 0 + (0.0592 / )(log. x / 197.2)

1.48 = 1.5 +( 0.0592 / 3)(log. x / 197.2)

148

0 097305

197 2

0 0969

.

.. log

.

. .

x

CAu

PROBLEMA: Que corriente se requiere para producir una capa de oro de 0.001 cm. de

espesor sobre un cátado de 4 cm2 en 30 minutos.

DATOS:

MAu= 197.2

=3

SOLUCIÓN:

W= I+M / F

IW F

tM

cm

I Amp

( )( )( )

( )( . )

. .

4 3 96500

108000 197 2

0 60

2

NOMENCLATURA

C.S Cubica Simple.

F.C.C Cubica Centrada en las caras. C.C.C.

B.C.C Cubica Centrada en el Cuerpo. C.C.

H.C Hexagonal Compacta.


239

a0 Parámetro de red.

F.E Factor de Empaquetamiento.

A° Amstromg [10-8 cm]

Densidad [gr./cm3]

dh,k,l Distancia Interplanar.

V Volumen

Lamda, Longitud de onda

AC1 Temperatura crítica inferior

J Densidad de flujo [átomos/cm2seg.]

D Difusividad [cm2/seg.]

C

X

Gradiente de concentración

T Temperatura absoluta [K]

fer y Función error

C.D Cúbica de diamante

CS, C0, CX Concentración atómica, Superficial, Inicial y a cierta

distancia x

fem Fuerza electromotriz

LISTA DE FIGURAS

No. TITULO PAG

1 Curva de enfriamiento para hierro puro 7

2 Redes de Bravais 10

3 Estructura hexagonal compacta 15

4 Direcciones y planos de la celda unitaria 16

5 Equivalencia de las direcciones cristalográficas de una familia 19

6 Difracción de rayos X 32

7 Dislocaciones 35


240

8 Falla por dislocación

36

9 Esfuerzo aplicado en el plano de deslizamiento 38

10 Defectos puntuales 40

11 Borde de grano por arreglo de la dislocación 42

12 Borde de macla 43

13 Diagrama ternario hierro-niquel-cromo 66

14 Semitriángulo en un diagrama ternario 68

15 Representación triángular de los sistemas ternarios 70

16 Composición de un sistema ternario isomorfo 72

17 Formación de las variedades cristalinas del hierro puro 75

18 Cristales de ferrita 78

18a Cristales de cementita 78

19 Perlita laminar 79

20 Austenita 80

21 Cristal elemental de austenita 80

22 Agujas de martensita en austenita 81

23 Trostita sobre matriz martensítica 82

24 Sorbita 83

25 Fundición blanca eutéctica 84

26 Fundición gris perlitica 85

27 Diagrama de equilibrio hierro-carbono 88

28 Sección del diagrama hierro-carbono 89

29 Diagrama TTT de un acero eutectoide 90

30 Diagrama TTT de un acero hipoeutectoide 92

31 Diagrama TTT de un acero hipereutéctoide 93

32 Temperaturas de normalizado y recocido 95

33 Influencia de la temperatura de recocido de ablandamiento 97

34 Influencia de la temperatura de recocido en la dureza de dos aceros 98

35 Temperaturas de temple para aceros al carbono 100

36 Crecimiento del tamaño de grano en dos aceros 101

37 Curva de enfriamiento de un cilindro 102

38 Representación esquemática del temple normal y revenido 104

39 Representación esquemática del austempering 105

No. TITULO PAG

40 Representación esquemática del martempering 106

41 Método progresivo de endurecimiento por llama 107

42 Temple progresivo oxiacetilénico 107

43 Temple oxiacetilénico general 108

44 Tipos de espiras calentadoras del temple por inducción 109

45 Constitución de los aceros después del revenido 110

46 Dureza y tenacidad de un acero 4140 112


241

47 Mecanismos de difusión en los materiales 130

48 Energía de activación Q 131

49 Energía de activación en la autodifusión 137

50 Designación de las aleaciones de aluminio 173

51 Propiedades mecánicas requeridas en una aeronave 176

52 Diagramas de fase de aleaciones de titanio 206

53 Trat. Térmico y microestruc. De aleaciones de titanio 208

54 Trat. Térmico y microest. De las aleaciones del titanio 208

55 Diagrama de una aleación cobre-80% níquel 210

56 Diagrama de una aleación cobre-80% niquel a cierta temperatura 212

57 Diagrama de una aleación cobre-80% niquel a cierta temperatura 214

58 Diagrama de una aleación Bi-Sb 216

59 Componentes de una celda electroquímica 222

60 Celdas microgalvánicas 225

61 Celdas por esfuerzo 226

62 Celdas por concentración 226

63 Métodos alternativos para unir dos piezas de acero 229

64 Protección catódica de una tubería de acero enterrada 230

65 Energía libre de formación de algunos óxidos 231

66 Tipos de óxidos formados por corrosión 232

LISTA DE TABLAS

No. TITULO PAG

1 Geometría de los sistemas cristalinos 7

2 Características de los cristales metálicos mas comunes 16

3 Direcciones de la familia <1,1,0> 19

4 Planos de la familia <1,1,0> 22

5 Reacciones invariantes de un diagrama de equilibrio 62

6 Estados alotrópicos del hierro puro 76

7 Temperaturas de normalizado y características 98

8 Colores del revenido 114

9 Clasificación de los aceros 115


242

10 Composición química de los aceros al carbono 116

11 Propiedades mecánicas de aceros normalizados y recocidos 117

12 Influencia de los elementos de aleación 118

13 Composición química y propiedades mecánicas de inoxidables 119

14 Clasificación de los aceros herramienta 120

15 Símbolos de Aceros herramienta 120

16 Maquinabilidad de aceros herramienta 125

17 Valores de la función error 128

18 Valores de difusión para metales 132

19 Efecto del tipo de difusión del torio en tungsteno 138

20 Aleaciones de aluminio utilizadas en una aeronave 174

21 Clasificación del aluminio por elementos de aleación 180

22 Principales aleaciones según la serie ALCOA 181

23 Sistema de designación para las aleaciones de aluminio 182

24 Propiedades de algunas aleaciones de aluminio 183

25 Tiempo de tratamiento en un horno de aire 186

26 Tratamiento térmico de solución y de precipitación 186

27 Dureza mínima de algunos remaches 187

28 Aleaciones de aluminio endurecidas por acritud 188

29 Radios aproximados para flexión a 90 grados en frío 189

30 Aleaciones endurecidas por deformación 190

31 Aleaciones tratables y propiedades mecánicas 191

32 Propiedades de trabajo 192

33 Aleaciones tratables térmicamente 192

34 Especificaciones de aleaciones de aluminio 194

35 Método para la designación de aleaciones de magnesio 197

36 Comp. química de las aleaciones de magnesio de uso aeronáutico 201

37 Propiedades del magnesio puro 202

38 Propiedades de algunas aleaciones de magnesio 205

39 fem. para algunos elementos 223

40 Serie galvánica del agua de mar 227

LISTA DE DIAGRAMAS

No. TITULO PAG

1 Diagrama eutéctico 51

2 Solución sólida de A y B 52

3 Eutéctico de soluciones sólidas 53

4 Eutectoide de soluciones sólidas 54

5 Fases Intermedias de composición variable 55

6 Peritéctica con formación de fase intermedia 56

7 Peritectoide o Metatéctica con formación de fases intermedias 57


243

8 Diagrama monotéctico 58

9 Sintéctica con formación de fase intermedia 59

BIBLIOGRAFÍA

1. INTRODUCCIÓN A LA METALURGIA FÍSICA

Autor Sydney H. Avner

Editorial Mc Graw-Hill, 1988.

2. LA CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS MATERIALES

Autor Donald R. Askeland

Grupo Editorial Iberoamericana, 1985.


244

3. TECNOLOGÍA DE MATERIALES

Autor Lawrence H.Vann Vlack

Editorial Alfa Omega, 1991.

4. PRINCIPIOS DE METALURGIA FÍSICA

Autor Robert E Reed Hill.

Editorial CECSA, 1979.

5. MATERIALES DE INGENIERÍA Y SUS APLICACIONES

Autor Richard A. Flimm, Paul K. Trojan


6. MATERIALES PARA INGENIERÍA

Autor Lawrence H. Van Vlack

Editorial CECSA, 1980.

7. METALOGRAFIA Y TRATAMIENTO TERMICO DE LOS METALES

Autor Yu. M. Lajtin

Editorial Mir Moscú, 1977.

8. PHASE DIAGRAMS IN METALLURGY

Autor Frederick N. Rhines, Ph. D.



245

9. Ligth alloys metallurgy of the light metals., I. J. POLMEAR, third edition., Halsted Press

Wiley., 1Courtesy Institute of Metals and Materials, Australia.

10. International alloys Designation System (IADS) para productos tratados.

11. Staley, J.T. and Ledge, D.J., Journal de Physique IV, 3, 179, 1993.

12. I J Polmear., Metallurgy of the Light Metals, 3rd., p. 240, 1196.

13. Hehmann, F., Magnesium Alloys their applications, Mordike, B. L. And Hehmann,

F., Eds, DGM Informationsgesellschaft mbH, Oberusel, Germany, 1992.

14. James L. Mccall and William M. Mueller., “metallographic specimen preparation”.,

american society for metals.

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