corrosión intergranular - ingeniería mecánica

corrosión intergranular

Se trata de una forma de ataque  corrosivo  localizado  en los bordes de grano  de las aleaciones.

En las aleaciones, bajo ciertas condiciones, los bordes de grano son mucho mas reactivos  que el interior  de la cara metálica, lo que hace  que el ataque  corrosivo en estas  zonas produzca la perdida  de resistencia mecánica e incluso  el desmoronamiento de la estructura granular.

La zona granular actúa anodicamente, mientras que el interior del grano lo hace catodicamente. Dada la proximidad de ambas zonas, el proceso suele avanzar rápidamente.

Ejemplos frecuentes de aleaciones afectadas  por la corrosión intergranular son algunos aceros inoxidables 18-8 que han sufrido  un tratamiento térmico inadecuado, por ejemplo un enfriamiento lento entre 500º y 800º C. Otro caso  de corrosión intergranular se da en el níquel a cierta temperatura  cuando se  encuentra  en una atmósfera  de gases sulfurados

Es típica de aceros inoxidables austeníticos: si los tratamientos térmicos del acero se sitúan en el rango 425-815 o C se forma (Fe,Cr)23C6, que es insoluble y precipita en los bordes de grano. T<425 o C: la velocidad de difusión del carbono es muy lenta, con lo que no se puede formar el carburo. T>815 o C: los carburos son solubles.

Resultado: precipitados muy ricos en Cr (resistentes a la corrosión → cátodos) y matriz pobre en Cr en la cercanía de los bordes (ánodos). La relación ánodo/cátodo baja → ataque rápido en los bordes de grano. Un acero inoxidable que ha experimentado un tratamiento térmico con formación de carburos, se dice que está sensibilizado para la corrosión en el borde de grano. ↓%C → ↑tiempo de sensibilización.

Representación esquemática de la precipitación de carburos en el borde de grano durante la corrosión intergranular del acero inoxidable.

Ataque de borde de cuchillo (ABC) Similar al deterioro en soldaduras: ambas resultan de corrosión intergranular y ambas están asociadas con la soldadura.

 Las tres diferencias son: 

a) El ABC ocurre en una banda muy estrecha inmediatamente adyacente a la soldadura, mientras que la anterior ocurre a una distancia apreciable. 

b) El ABC ocurre en aceros estabilizados.

c) La historia térmica del metal es diferente.

 El carburo de niobio se disuelve cuando el metal se calienta a muy alta temperatura (T>1230 o C) y permanece en disolución cuando se enfría rápidamente. Si el metal se calienta hasta la zona de precipitación de carburos de cromo, el carburo de niobio permanece en disolución y la aleación se comporta como si no estuviese estabilizada. Ocurre en el metal que está inmediatamente adyacente a la soldadura y que se ha calentado suficientemente. El remedio es calentar la estructura completa una vez soldada a una temperatura de 1000 o C.  

Test electroquímico para determinar la sensibilización Método de repasivación potenciocinética. Se toma una muestra de acero inoxidable de superficie pulida y de área controlada. Se pasiva a +0,200 V vs SCE y el potencial se barre en la dirección negativa hasta el potencial de corrosión (en el que no hay flujo neto de corriente) a una velocidad de 6 V/h. Aleación no sensibilizada → NO muestra pico de reactivación. Aleación sensibilizada → muestra pico de reactivación. La carga Q sombreada es una medida de la sensibilización. Norma americana ASTM: normalizar esta carga dividiéndola por el área de borde de grano, GBA: 

Resumen de la repasivación potenciocinética para la determinación de la sensibilización a la corrosión intergranular.

La corrosión intergranular es una forma de ataque poco frecuente que ocurre a menudo en aplicaciones que involucran vapor a alta presión. Este tipo de corrosión penetra el metal a lo largo de los limites grano  a menudo a una profundidad de varios granos- lo que la distingue de las superficies rugosas. Aparentemente las tensiones mecánicas no son un factor en la corrosión intergranular. Las aleaciones que parecen ser más susceptibles a esta forma de ataque son el metal Muntz, metal almirantazgo, latones al aluminio y bronces al silicio.

La corrosión intergranular es, entonces, un tipo de ataque selectivo localizado en los bordes de grano, dado que estos son ligeramente más reactivos que la matriz. La causa del ataque intergranular puede relacionarse con el hecho de que en los límites de grano existe una mayor concentración de impurezas y una menor concentración de los elementos que confieren pasividad. Si el ataque progresa, pueden llegar a desprenderse granos completos. 

En aleaciones de níquel y aceros inoxidables, es común agregar cromo como elemento de aleación, ya que el cromo mejora la resistencia a la corrosión. En aceros, el contenido en cromo debe mantenerse alrededor 12% como mínimo para asegurar la pasividad y la estabilidad de la capa superficial que protege a los aceros y los vuelve inoxidables. Pero durante un proceso de soldadura o por causa de un tratamiento térmico inadecuado se favorece la formación de carburo de cromo, que se deposita en los bordes de grano. Así, en las proximidades de la región intergranular se ha consumido el cromo libre, de modo que esa región queda desprotegida y resulta menos resistente a la corrosión en comparación con el resto del material.

Causas 

Los procesos que causan este tipo de corrosión son el proceso de soldadura y los tratamientos térmicos. 

Esto debido a que el metal se está sometiendo a una elevada temperatura en el proceso de soldadura y en un tratamiento térmico porque se somete la pieza a un periodo largo de elevadas temperaturas, se debe aclarar que esto sucede cuando se realizan de forma errónea estos procesos.

Ejemplos

Formas de prevención 

Usualmente este tipo de corrosión se presenta más en aceros es por ello que las formas de prevención estarán más enfocados en este tipo de metales. La corrosión intergranular puede ser controlada con los métodos siguientes:

1. Utilizando un tratamiento de calentamiento a alta temperatura, 500 a 800ºC, seguido de un enfriamiento con agua, los carburos de cromo pueden ser disueltos y volver a la solución sólida.

2. Añadiendo un elemento que pueda combinarse con el carbono del acero para que no pueda formarse el carburo de cromo. Cómo adiciona niobio y titanio, para generar una condición estabilizada.

3. Bajando el contenido en carbono alrededor del 0,03 por 100 en peso o menos para que no puedan precipitar cantidades significativas de carburo de cromo.