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1 PRUEBA METALOGRAFÍCA EN UNIONES SOLDADAS CON PRESENCIA DE CORROSIÓN EN ACERO ESTRUCTURAL: CASO DE ESTUDIO BICICLETA BRAYAN CAMILO GARCIA MARTINEZ BRANDON STEVEN TEQUIA ROJAS UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE TECNOLOGIA, MATERIALES Y PROCESOS DE MANUFACTURA BOGOTA OCTUBRE 03 DE 2016
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PRUEBA METALOGRAFÍCA EN UNIONES SOLDADAS CON PRESENCIA DE
CORROSIÓN EN ACERO ESTRUCTURAL: CASO DE ESTUDIO BICICLETA
BRAYAN CAMILO GARCIA MARTINEZ
BRANDON STEVEN TEQUIA ROJAS
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE TECNOLOGIA, MATERIALES Y PROCESOS DE
MANUFACTURA
BOGOTA
OCTUBRE 03 DE 2016
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PRUEBA METALOGRAFÍCA EN UNIONES SOLDADAS CON PRESENCIA DE
CORROSIÓN EN ACERO ESTRUCTURAL: CASO DE ESTUDIO BICICLETA
BRAYAN CAMILO GARCIA MARTINEZ
BRANDON STEVEN TEQUIA ROJAS
Tecnología mecánica
Monografía para obtener el título de tecnólogos mecánicos
ING. LUIS HERNANDO CORREA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE TECNOLOGIA, MATERIALES Y PROCESOS DE
MANUFACTURA
BOGOTA
OCTUBRE 03 DE 2016
3
Nota de aceptación
________________________________
________________________________
________________________________
____________________________
Ing. Henry Moreno
_____________________________
Ing. Luis Hernando Correa
Bogotá 03 de octubre de 2016
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INDICE DE CONTENIDO
RESUMEN………………………………………………………………………….……...9
ABSTRACT……………………………………………………………………………….10
PALABRAS CLAVES……………………………………………………………………11
1 FORMULACION DEL PROBLEMA ................................................................. 12
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ....................................................... 12
1.2 JUSTIFICACION DEL PROBLEMA .......................................................... 13
2 INTRODUCCION ............................................................................................ 14
3 OBJETIVOS .................................................................................................... 15
4 MARCO TEORICO .......................................................................................... 16
4.1 CORROSION ............................................................................................ 16
4.1.1 Proceso De Corrosión ........................................................................ 16
4.2 TIPOS DE CORROSIÓN .......................................................................... 17
4.2.1 Corrosión Generalizada ..................................................................... 17
4.2.2 Corrosión Galvánica ........................................................................... 18
4.2.3 Corrosión Por Picadura ...................................................................... 19
4.2.4 Corrosión Por Hendidura .................................................................... 21
4.2.5 Corrosión Por Fatiga .......................................................................... 22
4.2.6 Corrosión Por Fricción ........................................................................ 23
4.2.7 Corrosión De Fractura Por Tensión .................................................... 23
4.3 SOLDADURA CON ELECTRODO REVESTIDO ...................................... 24
4.3.1 Electrodo revestido E6013 ................................................................. 24
4.4 Aceros al carbono ..................................................................................... 25
4.4.1 Acero ASTM A36................................................................................ 26
4.5 COSTOS DE LA CORROSIÓN ................................................................ 27
4.5.1 Costos directos................................................................................... 27
4.5.2 Costos indirectos ................................................................................ 27
4.6 Microscopio electrónico por barrido .......................................................... 28
4.7 Microscopio óptico .................................................................................... 28
4.8 Bicicleta .................................................................................................... 28
5
5 METODOLOGIA .............................................................................................. 30
5.1 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR ............................................................... 30
5.2 TOMA DE MUESTRAS ............................................................................. 30
5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA .......................................................... 31
5.4 Descripción de las zonas metalúrgicas ..................................................... 33
5.5 ESTUDIO DE LAS MUESTRAS ............................................................... 33
5.5.1 Microscopia Óptica ............................................................................. 33
5.5.2 Microscopia electrónica por barrido .................................................... 34
6 ANÁLISIS DE DATOS ..................................................................................... 35
6.1 MICROSCOPIA ÓPTICA .......................................................................... 35
6.2 MICROSCOPIA ELECTRÓNICA POR BARRIDO .................................... 38
6.2.1 Análisis composicional ....................................................................... 43
6.3 Micro dureza ............................................................................................. 49
6.4 Costos de corrosión .................................................................................. 51
7 RECOMENDACIONES ................................................................................... 53
8 CONCLUSIONES ............................................................................................ 54
9 GLOSARIO ...................................................................................................... 55
10 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 57
6
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. A36Composición química del electrodo E6013……………………..…...25
Tabla 2. Composición química del acero estructural ASTM..….………………….26
Tabla 3. Dureza en corrosión…………………………………………………………48
Tabla4. Dureza en grano……………………………………………………………...48
Tabla 5. Dureza en soldadura………………………………………………………...48
Tabla 6. Dureza en soldadura y material…………………………………………….48
Tabla 7. Costos de la corrosión……………………………………………………….51
7
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Proceso de corrosión ……………………………………………………….16
Figura 2. Corrosión generalizada en una tubería …………...……………….……..17
Figura 3. Ejemplo de corrosión galvánica ……………………………………....…...18
Figura 4. Proceso de corrosión por picadura ……………………………….……….19
Figura 5. Proceso de corrosión por hendidura …………………....………………...20
Figura 6. Ejemplo de corrosión por fatiga…………………………………………….22
Figura 7. Ejemplo de corrosión por fractura de tensión…….….…………………...23
Figura 8. Diagrama Hierro – Carbono ………………………………………………..25
Figura 9. Funcionamiento del microscopio electrónico de barrido…………………27
Figura 10. Partes de la bicicleta……………………………………………….………28
Figura 11. Tenedor para obtener la muestra………………………………………...29
Figura 12. a) Corte realizado al tenedor, b) vista trasversal del corte…………….30
Figura 13. a) Máquina de encapsular, b) Encapsulado en baquelita
de la muestra tomada, c) Pulido final de la probeta………………………………....31
Figura 14. Microscopio óptico………………………………………………………….32
Figura 15. Microscopio electrónico……………………………………………………33
Figura 16. a) ZAT con acercamiento de 50, b) ZAT con acercamiento de 50 c)
límite de soldadura (ZAT) con acercamiento de 100 d) límite de soldadura (ZAT)
con acercamiento de 100……………………………………………………………….34
Figura 17. a) Unión soldada con X 200 aumentos, b) Unión soldada con X 500
aumentos………………………………………………………………………………….35
Figura 18. Zona próxima a la exposición del medio ambiente con X 500
aumentos………………………………………………………………………………….36
Figura 19. Zona de unión soldada con X 30 aumentos …………………………….37
Figura 20. a) Ataque por hendidura en el material base con un X 600 aumentos,
b) Ataque por hendidura en el material base con X 2000 aumentos ..……………38
8
Figura 21. Ataque por picadura en la soldadura con acercamiento de
600…………………………………………………………………....…………………...38
Figura 22. a) Ataque por picadura en la soldadura con X 2000 aumentos, b)
ataque por picadura en la soldadura con X 5000 aumentos…………………….….39
Figura 23. a) Ataque de corrosión en la soldadura con X 600 aumentos, b) Ataque
de corrosión en la soldadura con X 2000 aumentos, c) Ataque de corrosión en la
soldadura con X 10000………………………………………………………….……....40
Figura 24. Ataque de corrosión en el material base con X 600aumentos………...41
Figura 25. Análisis composicional en ataque de corrosión………………………....42
Figura 26. a) Composición de carbono, b) composición de oxígeno,
c) composición de hierro…………………………………………………………….….42
Figura 27. a) Composición de carbono, b) composición de oxígeno, c)
composición de silicio, d) composición del hierro ……………………………….…..44
Figura 28. Análisis composicional de ataque de corrosión por picadura…….…...44
Figura 29. Área en buen estado…………………………………………………….…46
Figura 30. a) Composición de carbono, b) composición de hierro…………….…..46
Figura 31. Toma de muestra de microdureza……………………...…………….…..49
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RESUMEN
En este proyecto se analizó una probeta de acero estructural el cual pertenece a
un marco de bicicleta y además se encontraba soldado por arco eléctrico
(Electrodo E6013). Se realizó un estudio al comportamiento que causa la corrosión
en este tipo de material, posteriormente se hicieron pruebas no destructivas como
análisis en el microscopio óptico y microscopio electrónico, se efectuó un barrido
en diferentes tipos de zonas de la probeta tomando fotos a varios acercamientos
para analizar su estructura metalográfica y tipos de corrosión presentes en este.
Además se complementó con una prueba de micro dureza para comparar como
las distintas zonas son afectadas tanto por la corrosión como por la aplicación de
soldadura. Todo esto con el fin de identificar como el ambiente en el cual trabaja
una pieza puede afectar su vida útil y que además de esto puede producir unos
costos los cuales fueron identificados y cuantificados.
10
ABSTRACT
In this Project, a test tuve of structural Steel from a bicycle frame was analyzed to
study the behavior that causes corrosion in this type of material, which is welded
by electric arc (electrode E6013) then, nondestructive was made such as analysis
in the optical microscope and electron microscope; an scan was executed at
different áreas of the specimen by taking pictures of various approaches to analyze
its metallographic structure and types of corrosion. Also, a microhardness test was
realized for a complete microstructural analysis of the material and identify the
properties considering the environment that was used. Finally, a comparison of
direct and indirect costs that can produce this attack on the element study was
executed.
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PALABRAS CLAVES
ASTM E384 Norma ASTM Para prueba de micro dureza vickers.
ASTM A36 Norma ASTM para el acero estructural.
H.V Dureza vickers.
mN Micro Newton.
kV Kilo voltio.
µM Micro metro
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1 FORMULACION DEL PROBLEMA
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La corrosión siempre ha estado presente en los materiales metálicos, afectando su
composición estructural y causando degradación en infraestructuras metálicas.
Cuando el material es atacado por corrosión esta área se empieza a debilitar lo que
podría llevar a la causa de un accidente, lo cual implica que se produzcan costos
de mantenimiento preventivo y correctivo.
Por esta razón se decide abordar este problema, para realizar un estudio
metalográfico al acero de un marco de bicicleta, y ya que la fabricación de esta
implica unir el material mediante soldadura se analizara las uniones y se
relacionara con el factor económico que con lleva junto con el cambio de
propiedades mecánicas que se ven afectados con este ataque.
13
1.2 JUSTIFICACION DEL PROBLEMA
Cuando una maquina o estructura es corroída se debe realizar una acción
correctiva para evitar la degradación de la misma y al mismo tiempo para
garantizar el buen estado y la vida útil, sin embargo es necesario tomar acciones
antes de que esta aparezca y para esto se debe realizar y programar
mantenimientos preventivos. Por esta razón se estudiara de manera muy puntual
la afectación en la micro estructura del material usado comúnmente para la
fabricación de la bicicletas para tener en cuenta los riesgos que se toman tanto en
el funcionamiento como en los costos cuando no se previene la corrosión a tiempo.
14
2 INTRODUCCION
La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con
suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que
posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por
completo. En este documento se hablara un poco sobre los tipos de corrosión,
como se forma, y la manera de prevenirlos.
El presente proyecto tiene como objetivo realizar el estudio de una unión soldada
que haya estado en servicio y así determinar qué formas de corrosión están
presentes en dicha unión, además se hace un estudio de los costos por corrosión
que recaen sobre la pieza. Para cumplir el objetivo se tomó el tenedor de una
bicicleta que está fabricada de acero estructural, el cual presentó una falla en su
parte roscada pero no se tiene en cuenta dicha falla en el presente estudio debido
a que se enfocara en la unión soldada, dicha unión conectaba el tubo vertical que
llegaba al marco de la bicicleta y el manubrio con un tubo en ‘U’ que sostenía las
pastillas de los frenos de la llanta delantera. El estudio consiste en una
examinación visual de la pieza y un análisis microestructural para poder identificar
las posibles formas de corrosión existentes en la pieza.
Se desarrollaran las respectivas pruebas para identificar sus propiedades
mecánicas, con un ensayo de micro dureza en el material, y con estudios a la
microestructura realizada mediante los microscopios óptico y electrónico por
barrido. Al final se realizó un estudio de costos directos e indirectos para la
cuantificación de pérdidas por corrosión.
15
3 OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
Identificar la microestructura en una unión soldada atacada por corrosión en un
acero utilizado en la fabricación del marco de una bicicleta tipo todo terreno, y
cuantificar sus efectos económicos tanto en su fabricación y su vida útil.
3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Estudiar el comportamiento de la corrosión en una unión soldada de un
acero estructural expuesto al medio ambiente.
- Realizar el análisis metalográfico, microscopia óptica, microscopia
electrónica y micro dureza de la muestra obtenida.
- Determinar los costos directos e indirectos, que produce la corrosión en la
fabricación del marco de una bicicleta.
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4 MARCO TEORICO
4.1 CORROSION
La corrosión se define como una reacción química o electroquímica entre un
material, generalmente un metal, y su entorno que produce un deterioro del
material y sus propiedades. Resumiendo es el deterioro de un metal y es causada
por la reacción del metal con el medio ambiente. [2] Por lo general este fenómeno
se encuentra presente en los materiales metálicos, pero sin embargo, también se
puede presentar en materiales no metálicos, pero de una manera distinta. La
corrosión es un proceso natural y espontaneo, lo que se puede que afecta a la
mayoría de materiales, y en casi todos los entornos, produciendo un problema
industrial importante ya que puede producir accidente en infraestructuras, y
además se producen costos a nivel mundial, ya que se calcula que cada pocos
segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de
unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que,
multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una
cantidad importante.[1]
4.1.1 Proceso De Corrosión
El proceso de corrosión se debe a un flujo eléctrico masivo por las diferencias
químicas, es decir, un fenómeno electroquímico, cuando existe una diferencia de
potenciales entre un punto y otro se ceden y migran electrones de un punto al otro.
El punto que emite electrones se comporta como un ánodo y es aquí donde ocurre
la oxidación, y el punto que recibe los electrones es el cátodo ocurriendo una
reducción. [1]
Podemos tener dos procesos de oxidación, una será por transferencia de
electrones y se da cuando dos metales están en contacto, y por ionización que se
da cuando se tiene dos cuerpos separados pero se encuentran en presencia de un
electrolito, es decir cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se
comportan como un medio conductor eléctrico.
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Figura 1. Proceso de corrosión. [2]
4.2 TIPOS DE CORROSIÓN
4.2.1 Corrosión Generalizada
La corrosión generalizada o uniforme es el tipo más común que se puede
encontrar en lo metales no recubierto, ya que se dispersa de manera uniforme por
toda la superficie, y su penetración media es igual en todos los puntos, es decir,
múltiples ánodos y cátodos están operando en la superficie del metal en un
momento dado. La ubicación de las zonas anódicas y catódicas continúa
moviéndose sobre la superficie, lo que resulta en la corrosión uniforme y
produciendo una superficie algo rugosa mediante la eliminación de una cantidad
sustancial de metal, que, o bien se disuelve en el medio ambiente o reacciona con
él para producir un revestimiento ligeramente adherente. Esto permite calcular de
manera fácil la pérdida de material y por lo tanto calcular la vida útil en el que se
presenta este tipo de corrosión, la manera más fácil para combatir este tipo de
corrosión es mediante el recubrimiento por pinturas, o inhibidores. [2]
Ánodo Cátodo
Ruta Electrónica
Trayectoria de la corriente iónica
18
Figura 2. Corrosión generalizada en una tubería. [2]
4.2.2 Corrosión Galvánica
La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales que están en contacto directo
tienen diferente potencial electroquímico o diferente tendencia a corroerse y se
encuentran en presencia de electrolito. El medio en el cual se encuentran los
metales también tendrá influencia, el agua de mar, y las temperaturas altas
aceleraran la reacción galvánica debido a la mayor ionización del electrolito, es
decir, tendrá mayor conductividad.[2]
La relación de las zonas que están en contacto influye en la velocidad de
corrosión, ya que la densidad de corriente en el ánodo o cátodo controla la
velocidad de corrosión. Es decir, si un metal con el área más pequeña tiene la
mayor densidad de corriente, por lo que la taza de corrosión aumenta con la
proporción de cátodo en la zona anódica. [2]
19
Figura 3. Ejemplo de corrosión galvánica [2]
La distancia entre las uniones de los metales afectara el ataque, ya que entre más
cercanos se encuentren mayor será el flujo de corriente aumentando la corrosión,
mientras que si están separados por algo el flujo de corriente disminuirá por lo que
no habrá riesgo de tener un ataque por corrosión galvánica. Adicional a esto
también se tiene en cuenta la geometría de los materiales, ya que la corriente no
fluye alrededor de las esquinas, mientras que un círculo afectara más el flujo. [2]
Los métodos más recomendados para prevenir la corrosión galvánica son:
- Seleccionar metales que tengan un potencial electroquímico cercano
- El área del metal más activo no sea menor que el área del metal
menos activo.
- Si se usa metales distinto lo mejor es aislarlos
- Usar inhibidores cuando se encuentran en sistemas acuosos.
- Aplicar cubrimientos.
- Usar un tercer metal para usarlo como ánodo de sacrificio.
4.2.3 Corrosión Por Picadura
Este tipo de corrosión se identifica por los agujeros o pozos definidos sobre una
superficie, en ocasiones son muy pequeños y seguidos lo que se puede llegar a
confundir con una superficie rugosa, por esta razón se considera uno de los tipos
de corrosión más nocivos debido a que puede llegar a formar pozos muy profundo
y debilitar la infraestructura.[2]
20
Las condiciones para que se de este tipo de ataque es que el metal sea pasivo,
como lo es el aluminio o acero inoxidable que crean una película protectora, pero
en ocasiones se pierde esa capa protectora y es allí donde se produce la
picadura, también se produce cuando hay presencia de iones de halógeno, tal
como Cl, Br, I, y cuando se producen situaciones de estancamiento en servicio,
como lo son las bombas, es necesario que esté en funcionamiento por algún
tiempo así no sea necesite bombear. Los sitios que son más susceptibles a la
picadura son los límites de grano, por lo que un acero que tiene un tamaño
pequeño de grano es más propenso a tener picadura que uno acero que tiene
granos grandes. [2]
Figura 4. Proceso de corrosión por picadura. [2]
Los factores que más afectan la picadura se encuentran cuando no se tiene un
buen acabado superficial o algún agrietamiento en la superficie, ya que
contribuyen a la acumulación de impurezas y agua, iniciando el ataque. La
temperatura, la presencia de otros elementos químicos y la evaporación también
influyen en el inicio de las picaduras. [2]
21
Prevención contra la corrosión por picadura.
- Se recomienda que las aleación de los materiales a usar sean
adecuada, como por ejemplo el molibdeno en lo aceros inoxidables.
- proporcionar una superficie uniforme a través de la limpieza
adecuada, tratamiento térmico y acabado superficial.
- reducir la concentración de especies agresivas en el medio de
trabajo, tales como cloruros, sulfatos, etc.
- El uso de inhibidores
- hacer que la superficie de la muestra tenga un acabado suave y
brillante para evitar la acumulación de impurezas.
4.2.4 Corrosión Por Hendidura
Este tipo de corrosión es localizada y se da por acumulación de suciedad, polvo,
barro, etc. En grietas profundas. Una condición importante es la formación un
diferencial de celdas de aireación, es decir, lugares pobres en oxígeno, que se da
al fondo de una grieta, y lugares ricos en oxígeno, zonas cercanas a la superficie.
Además de esto la geometría y tipo de la grieta, transferencia de masa dentro y
fuera de la grieta, y cantidad de oxigeno presente en el entorno, tendrán influencia
en el ataque de corrosión por hendidura.[2]
Figura 5. Proceso de corrosión por hendidura. [2]
Este tipo de corrosión se ve mucho en aceros que están roscados, ya que cuando
se introduce la rosca quedan lugares pobres en oxígeno. [3]
22
Prevención de corrosión por hendidura
- Usar juntas soldadas en vez de tornillos o remaches.
- Sellar las grietas mediante materiales no corrosivos.
- evitar esquinas agudas, borde y bolsillos donde podrían recogerse
suciedad o residuos.
- Usar aleaciones resistentes a la corrosión cuando se debe tener una
grieta.
- para el servicio de agua de mar, mantener una velocidad alta para
mantener los sólidos en suspensión.
- utilización inhibición de pasta, siempre que sea posible.
- pintar la superficie catódica.
- eliminar los depósitos de vez en cuando.
4.2.5 Corrosión Por Fatiga
La corrosión por fatiga se describe como el efecto que causa el agrietamiento y
también su propagación en presencia de estrés cíclico y bajo un ambiente
corrosivo. Las características de la grietas y que lo diferencia de lo demás
propagaciones de estas, es que no tiene ramificaciones y es mucho más delgada,
además se encuentra en grupos de grietas paralelas llegando a compararlas con
concentradores de esfuerzo. Este tipo de ataque producirá que la infraestructura
falle en un número menor de ciclos a los que estaba diseñada. Bajo el microscopio
será evidente que el ataque se producirá en los límites de los granos que estan
expuestos al ambiente y de allí se empezara a propagar el grieta [2]
Figura 6. Ejemplo de corrosión por fatiga. [2]
23
4.2.6 Corrosión Por Fricción
Es un desgaste, acompañado a veces de daño corrosivo, en superficies con una
cierta rugosidad. Este defecto es ocasionado en zonas en las que existen
desplazamientos relativos oscilatorios de muy pequeña amplitud. Puede ocurrir
por una vibración, entre piezas que se encuentra en contacto bajo carga. El
movimiento vibratorio provoca un desgaste mecánico y la transferencia de material
en la superficie, a menudo seguida de oxidación tanto del metal arrancado como
de las superficies metálicas que acaban de quedar al descubierto.
Puesto que el óxido suele ser mucho más duro que la superficie de la que
procede, este termina actuando como un agente abrasivo que aumenta el
desgaste por rozamiento y da lugar a la formación de estrías en el material.
La fricción por corrosión disminuye la resistencia a la fatiga de los materiales que
operan bajo ciclos de carga. Como consecuencia de la misma, las grietas pueden
crecer de modo que se produzca el fallo de uno de los componentes. [4]
4.2.7 Corrosión De Fractura Por Tensión
La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente corrosivo, dará
como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación metálica, la mayoría
de las aleaciones son susceptibles a este ataque.
Figura 7. Ejemplo de corrosión de fractura por tensión[2]
24
Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frio, soldadura,
tratamiento térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la
operación del equipo.
Algunas características de la corrosión de fractura por tensión son:
a). para que esta corrosión exista, se requiere un esfuerzo de tensión.
b). Las fracturas se presentan quebradizas en forma macroscópica, mientras que
las fallas mecánicas de la misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo
especifico, generalmente presentan ductilidad.
c). La corrosión por esfuerzos depende de las condiciones metalúrgicas de la
aleación. [2]
4.3 SOLDADURA CON ELECTRODO REVESTIDO
El fundamento de la soldadura por arco eléctrico es la diferencia de potencial que
se establece entre el electrodo que pende de la pinza y la pieza a soldar o metal
base que se conecta a masa.
Esta diferencia de potencial ioniza la atmósfera circundante, por lo que el aire
pasa a ser conductor, cerrándose el circuito y estableciéndose un arco eléctrico
entre el electrodo y la pieza a soldar.
El calor del arco eléctrico va a fundir el extremo del electrodo y parcialmente el
metal base, creando el baño de fusión, donde se irá depositando el electrodo
fundido originando así el cordón de soldadura.
A continuación se resume a grandes rasgos los principios de la soldadura por arco
eléctrico:
- Fuente de calor: arco eléctrico;
- Tipo de protección: revestimiento del electrodo;
- Aportación: con el propio electrodo;
- Aplicaciones: todos los metales férreos principalmente
- Tipo de proceso: manual, automático (soldadura por gravedad). [5]
4.3.1 Electrodo revestido E6013
Este electrodo brinda características de arco como una transferencia de material
más suave, mínimo salpique y chisporroteo, encendido y reencendido
particularmente fácil. El balance de la formulación del revestimiento hace que la
25
escoria se desprenda prácticamente por sí sola, su recubrimiento rutílico le
permite aplicarse de manera correcta en trabajos tanto en materiales delgados
como en materiales gruesos. [13]
En la tabla 1 se muestra el respectivo porcentaje de los componentes químicos del
electrodo E6013 que fue usado para unir las partes del marco de la bicicleta.
Composición química del material de aporte
Elemento Porcentaje
Carbono (C) 0,08
Manganeso (Mn) 1,49
Silicio (Si) 0,90
Azufre (S) 0,02
Fosforo (P) 0,017
Cromo (Cr) 0,01
Níquel (Ni) 0,01
Cobre (Cu) 0,19
Molibdeno (Mo) 0,008
Vanadio (V) 0,006
Tabla 1. Composición química del electrodo E6013 [11]
4.4 Aceros al carbono
El acero al carbono, se estima que tiene una producción mundial cerca del 90% debido a su gran utilidad y propiedades mecánicas. Su elemento químico principal es el hierro y carbono que no supera el 2% sin embargo hay aleaciones con otros elementos químicos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente como lo es el azufre, fósforo, oxígeno e hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción y su dureza, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. [14] Estas propiedades son posibles de calcular por medio de una gráfica de hierro – carbono.
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Figura 8. Diagrama hierro – carbono. [15]
4.4.1 Acero ASTM A36
Es un acero estructural de buena soldabilidad, adecuado para la fabricación de
vigas soldadas para edificios, estructuras remachadas, y atornilladas, bases de
columnas, piezas para puentes y depósitos de combustibles. Tiene un esfuerzo de
fluencia mínimo y de ruptura en tensión de 36 y 58 ksi (2 530 y 4 080 kg/cm2). [10]
En la tabla 2. Se muestra la composición química del acero A36 y el cual fue
usado para la fabricación del marco de la bicicleta.
27
Composición química del acero estructural
Elemento Porcentaje
Carbono (C) 0,25 – 0,29
Cobre (Cu) 0,20
Hierro (Fe) 98,0
Manganeso (Mn) 1,03
Fosforo (P) <= 0,04
Silicio (Si) 0,28
Azufre (S) =< 0,05
Otros 0,11 Tabla 2. Composición química del acero estructural ASTM A36 [10]
4.5 COSTOS DE LA CORROSIÓN
La corrosión está presente en todas las estructuras metálicas y por lo tanto es
necesario calcular sus costos anuales. Los costos totales se dividen en dos
categorías. [6]
4.5.1 Costos directos
Son los producidos por el propietario o fabricante del producto, como lo es la
cantidad de material adicional, número de horas de mano de obra, equipos
necesarios relacionados con la actividad de corrosión, La pérdida de ingresos
debido a la menor oferta de bienes, es decir, los costos que implican al detener
una producción o servicio.[6]
4.5.2 Costos indirectos
Son los que se definen como el aumento de los costos para los consumidores del
producto, es decir, cuando el consumidor decide comprar una pieza sin acabado
superficial o sin recubrimiento de pintura o anticorrosivo, efecto sobre la economía
local como podría ser el caso de pérdida de puestos de trabajo, efecto sobre el
medio ambiente por la contaminación. [6]
28
4.6 Microscopio electrónico por barrido
El microscopio electrónico de barrido utiliza un haz de electrones para formar una
imagen ampliada de la superficie de un objeto, este tipo de microscopio cuenta
con varios detectores como el detector de electrones secundarios los cuales sirven
para obtener imágenes de alta resolución, entre otros.
El funcionamiento básico de este microscopio consiste en la aceleración de
electrones que se lleva a cabo en la columna del microscopio, para salir del cañón
y posteriormente ser enfocados por lentes condensadoras y objetivas. Para poder
acelerar estos electrones se usa diferencia de potencial que varía entre 1 – 30 kV,
esto dependerá del tipo de probeta a analizar. [7]
Figura 9. Funcionamiento del microscopio electrónico de barrido [8]
4.7 Microscopio óptico
Es un microscopio formado por un sistema de lentes oculares que amplía los objetos muy pequeños para posibilitar su observación. Este instrumento ha sido de gran utilidad, sobre todo en los campos de la ciencia
en donde la estructura y la organización microscópica es importante,
incorporándose con éxito a investigaciones dentro del área de la química, la física,
la geología y, por supuesto, en el campo de la biología, por citar algunas
disciplinas de la ciencia. [8]
4.8 Bicicleta
29
Es un invento europeo que surgió a mediados del año 1800 y no se conoce el
creador o inventor. A medida que pasaba el tiempo la bicicleta iba evolucionando
por medio de diferentes inventores los cuales se encargaban de añadirles distintos
mecanismos para hacer de la bicicleta un medio de transporte eficiente. El
principio de este artefacto es el impulso humano por medio de mecanismos de
transmisión por cadena. [9]
La bicileta cuenta principalmente con 6 mecanismo principales como lo son;
cuadro, asiento, tren delatero, tren trasero, transmision y rueda.
Figura 10. Partes de la bicicleta[16
30
5 METODOLOGIA
La metodología en esta investigación fue enfocada en los tipos de corrosión,
técnicas de estudio y en la evaluación de costos que esta produce.
5.1 INVESTIGACIÓN PRELIMINAR
Se realizó una revisión bibliográfica de libros, artículos, revistas y proyectos para
obtener la información adecuada para así poder realizar los estudios y diferentes
pruebas necesarias para obtener los resultados adecuados y de esta manera
poder analizarlos
5.2 TOMA DE MUESTRAS
Para la toma de muestra se adquirió un tenedor de bicicleta construido de acero
estructural y soldado con electrodo E6013. Esta parte de la bicicleta tenía
aproximadamente 6 años de uso y 30.000 km de servicio, durante este tiempo
siempre estuvo en la ciudad de Bogotá.
Figura 11. Tenedor para obtener la muestra.
Corte para la toma
de muestra
31
Se decidió realizar el estudio del tenedor de la figura 3, debido a que presento una
falla estructural por el esfuerzo a que fue sometido. Las pruebas que se realizaron
fueron de la estructural de material, analizando principalmente la unión soldada y
la afectación de corrosión en el material, ya que esta pieza estuvo expuesta al
medio ambiente como lo fue, agua, aire y rayos del sol a diario afectando la vida
útil.
Para el corte de la muestra se decidió tomar la parte superior en la que se
encuentran varias uniones soldadas para poder realizar un estudio más completo
Figura 12. a) Corte realizado al tenedor, b) vista trasversal del corte
5.3 PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Una vez cortada la parte adecuada de la bicicleta se procedió a realizarle un
encapsulado en baquelita mediante la encapsuladora disponible en el laboratorio
de metalografía de la universidad, para esto se cortó la probeta hasta poder
acomodarla en un círculo de una pulgada, luego se introdujo en la máquina y se le
agrego la baquelita hasta cubrir la muestra por completo, se tapó e inicio el
a) b)
32
proceso de encapsulado que llevo alrededor de 15 minutos, finalmente se sacó y
se pulió mediante lijas y un paño al final para darle un brillo espejo.
Figura 13. a) Máquina de encapsular, b) Encapsulado en baquelita de la muestra
tomada, c) Pulido final de la probeta.
c)
b) a)
33
Una vez pulida la probeta se realizó un ataque con ácido nítrico al 70% para
exponer la microestructura del metal y así poder observarlo en el microscopio
electrónico y óptico.
5.4 Descripción de las zonas metalúrgicas
En el transcurso de este proyecto se estudiaran distintas zonas las cuales son de
interés para investigación por lo tanto se denominaran de la siguiente manera:
- Zona de soldadura (ZS): este es el lugar en el cual la soldadura fue
aplicada.
- Zona afectada térmicamente (ZAT): en este lugar el material se mantiene
sólido. Sin embargo, la temperatura alcanzo un nivel en el cual se
produjeron cambios en la microestructura del material, como lo puede ser el
cambio de color, aparición de nuevas fases, y alguna variación del tamaño
del grano.
- Material base (MB): serán las regiones en las cuales la temperatura no
afecto su microestructura por lo tanto se notaran granos y fases muy
similares.
5.5 ESTUDIO DE LAS MUESTRAS
5.5.1 Microscopia Óptica
Cuando la muestra ya se encuentra atacada se posicionara en el microscopio de
manera que el área de estudio quede bien situada para iniciar con el barrido y la
toma de fotos.
Figura 14. Microscopio óptico
34
5.5.2 Microscopia electrónica por barrido
En el microscopio electrónico de barrido, un campo magnético permite enfocar los
rayos catódicos (electrones) y obtener una imagen tridimensional, no se encuentra
disponible en la universidad Distrital Francisco José de Caldas, pero fue posible
acceder, por medio a la Universidad de los Andes. La probeta fue la misma usada
en el microscopio óptico y con el mismo tratamiento.
La probeta fue situada en un soporte el cual iría dentro del microscopio para
posteriormente hacer un barrido a la superficie, además se contó con la posibilidad
de hacer un estudio composicional de las áreas más afectadas.
Figura 15. Microscopio electrónico
35
6 ANÁLISIS DE DATOS
6.1 MICROSCOPIA ÓPTICA
En este microscopio se tomaron nueve fotos a distintos acercamientos y haciendo
un barrido por las partes más interesantes para analizar como lo es las uniones
soldadas (ZAT) y el área cerca de la superficie donde estuvo expuesta al medio
ambiente (MB).
Figura 16. a) ZAT con acercamiento de 50, b) ZAT con acercamiento de 50 c)
límite de soldadura (ZAT) con acercamiento de 100 d) límite de soldadura (ZAT)
con acercamiento de 100
a) b)
c) d)
ZAT
ZAT
ZAT
ZAT
MB
MB
ZS ZS
36
En la figura 16 observamos que se hizo un barrido superficial en el material base
que es el acero estructural y lo que se nota a primera vista son zonas de
afectación por calor (ZAT) que se evidencia por el cambio de color y tamaño de
grano, las zonas oscuras que se notan en la figura 16 a), b), se componen de un
porcentaje perlita y las zonas claras (MB) con un porcentaje de ferrita, debido al
cambio de temperatura al que fue sometido. En las figuras 16 a), b) se nota que
las atraviesa una grieta o hendidura que probablemente fue causada durante el
proceso de fabricación o ensamble.
En las figuras 16 c) y d) tenemos una vista de la unión soldada, siendo la
soldadura la zona (ZS) en donde los granos se encuentran de un color mucho más
oscuro y el tamaño del grano es mayor con respecto a la base (MB).
Figura 17. a) Unión soldada con X 200 aumentos, b) Unión soldada con X 500
aumentos
En la figura 17 a) se presencia formas de corrosión en los límites de la unión
soldada (ZS), esto se puede confirmar debido al color característicos de la
corrosión en los aceros, y además que no se encuentra algún parecido con la
forma de los granos de la microestructura del MB ni de ZS.
En la figura 17 b) se cuenta con un acercamiento más detallado del límite MB y ZS
confirmando como la corrosión tiene forma de picaduras y recordando que este
tipo de corrosión se produce cuando se producen estancamientos como lo puede
ser acumulación de agua o cuando se encuentra en presencia de iones de
halógeno, tal como Cl, Br, I.
ZS
a) b)
MB
MB
ZS
37
Figura 18. Zona próxima a la exposición del medio ambiente con X 500 aumentos
Esta figura pertenece a un lugar en el cual la parte izquierda se encuentra unida
por soldadura y en la parte derecha se encuentra expuesta al medio ambiente. Se
nota que en medio de la unión del MB hay un ataque de corrosión por picadura
debido a sus formas localizadas y debido a que se encuentra cerca al medio
ambiente y que además cabe la posibilidad de que en esta zona se produzca
estancamiento tanto de agua como de algunos productos que contengan algunos
iones de halógeno lo que puede llegar a producir este tipo de ataque.
ZS
MB
MB
38
6.2 MICROSCOPIA ELECTRÓNICA POR BARRIDO
Mediante este microscopio se obtuvieron varias imágenes tanto de la unión
soldada y expuesta al medio ambiente y que se analizaran a continuación.
Figura 19. Zona de unión soldada con X 30 aumentos
Esta es una imagen general de la zona que se va a estudiar, se puede notar
claramente que hay dos zonas, una de gris oscuro que pertenece al material base,
y una zona más clara que es el material de aporte o soldadura, al mismo tiempo
se evidencia la presencia de diferentes figuras que se podría decir que son
extrañas.
ZS
MB
MB
39
Figura 20. a) Ataque por hendidura en el material base con un X 600 aumentos, b)
Ataque por hendidura en el material base con X 2000 aumentos
En la figura 20 a) se evidencia que en medio de MB se encuentra una hendidura
tal vez causada durante el proceso de fabricación o ensamble. En la figura 20 b)
se tiene un acercamiento mayor el cual permite evidenciar las irregularidades que
posee los borde de la grieta y que además se está perdiendo material a lo largo de
esta, por lo cual se estudia la posibilidad de que haya presencia de un ataque de
corrosión por hendidura causado por el poco oxigeno que en este lugar se pueda
encontrar
Figura 21. Ataque por picadura en la soldadura con acercamiento de 600
a)
MB MB
ZS
40
En la mitad de la figura 21 es notable un cambio de estructura y a sus alrededores
se nota la presencia de zonas oscuras lo que quiere decir que hay una ausencia
de hierro lo que se podría decir que hay un ataque de corrosión debido que se
están perdiendo elementos de hierro y lo más seguro es que se estén
reemplazando por oxígeno, es esta la razón por la que se podría percibir el cambio
de color y forma. Además por su localización y forma podríamos decir que es un
ataque por picadura.
Figura 22. a) Ataque por picadura en la soldadura con X 2000 aumentos, b)
ataque por picadura en la soldadura con X 5000 aumentos
En la figura 22 a) se evidencia las distintas etapas de corrosión, ya que en la parte
derecha inferior aún se nota la martensita, por otro lado, en la parte superior
derecha se nota una mancha oscura lo que indica la ausencia de hierro, en la
parte izquierda es evidente que la microestructura presente no tiene ninguna
forma con respecto a los granos de la soldadura, son redondos y están
compuestos de bastones en formas de agujas.
La figura 22 b) es un acercamiento de la misma zona para evidenciar aún más los
bastones que componen lo que podemos llamar un ataque de corrosión por
picadura debido a su forma localizada, es decir, un punto específico en la
soldadura. Estas figuras extrañas se deben a un cambio de componentes y por lo
tanto un proceso químico que pertenece a un ataque.
b) a)
ZS
41
Figura 23. a) Ataque de corrosión en la soldadura con X 600 aumentos, b)
Ataque de corrosión en la soldadura con X 2000 aumentos, c) Ataque de corrosión
en la soldadura con X 10000
En la figura 23 a) se evidencia formas anormales con respecto a la microestructura
de la soldadura, en este caso se notan formas de esponjas. Se cree que este tipo
de ataque pertenece a corrosión generalizada, debido a que se encuentra en toda
la mitad de la soldadura, además por la exposición de la probeta al medio
ambiente, por esta razón se ha tendido a corroer, lo que nos dice que está
actuando como un ánodo, emitiendo electrones al medio que en este caso es el
aire.
Las figuras 23 b) y c), se aprecia de mejor manera la estructura de estas formas,
evidenciando que son porosas, por lo tanto, la estructura inicial de la soldadura se
ha perdido por completo y tal vez debilitando su resistencia.
a)
b) c)
ZS
ZS
42
Figura 24. Ataque de corrosión en el material base con X 600aumentos
En la figura 24 se evidencia lo que podría ser un ataque de corrosión
generalizada, debido a que se cuenta con presencia de formas anormales y
completamente distintas a los granos que se venían observando en el material
base. Esta zona se encontraba al interior del tubo el cual estaba expuesto al
medio ambiente y sin recubrimiento, causando distintos puntos cátodos y ánodos.
Durante el estudio que se le realizo a la probeta se pudo evidenciar que el ataque
que tuvo mayor presencia fue corrosión por picadura, hendidura y generalizada,
esto se evidencio gracias al estudio bajo los microscopios y una causa probable
de estos ataque se debe a que el material base y la soldadura que se usaron son
los más económicos que cumplan con la resistencia adecuada, por lo tanto sus
acabados superficiales no son los mejores causando irregularidades en la
superficie lo que conlleva a que se produzcan estos tipos de ataques.
MB
43
6.2.1 Análisis composicional
Durante la práctica de microscopia electrónica por barrido también fue posible
realizar un breve análisis composicional de las áreas más afectadas.
Área 1.
5.3 Costos de la corrosión
Rojo: carbón [C]
Verde: oxigeno [O]
Azul: hierro [Fe]
Figura 25. Análisis composicional en ataque de
corrosión
a)
b)
c)
Figura 26. a) Composición de carbono, b) composición de oxígeno,
c) composición de hierro
44
El área 1 pertenece a la figura 25, de ella salen tres recuadros (Figura 26) que
equivalen a la sobre posición de la figura y de allí salen unos puntos de colores
que representaran el elemento que lo compone.
En esta área se nota una alta presencia de oxígeno [O] y hierro [Fe], mientras que
una baja concentración de carbón [C]. La alta presencia de oxigeno nos indica que
esta área está siendo atacada por corrosión y se está perdiendo o reemplazando
el carbono inicial de la estructura.
Grafica 1. Composición del área 1.
Esta grafica nos representa la cantidad de elemento presente en el área, siento el
oxígeno [O] el elemento que más está presente en esta seguido del hierro [Fe] y el
carbono [C], mientras que los otros picos representan otros elementos presentes
pero en un porcentaje mucho menor.
45
Área 2.
Rojo: Carbón [C]
Verde: Oxigeno [O]
Azul claro: Silicio [Si]
Azul oscuro: Hierro [Fe]
Figura 28. Análisis composicional de ataque de corrosión por picadura
a) b)
c) d)
Figura 27. a) Composición de carbono, b) composición de
oxígeno, c) composición de silicio, d) composición del hierro
46
Esta área representa la figura 28. Se produjeron cuatro recuadros (Figura 27) con
los respectivos elementos presentes en esta área.
Se evidencia la gran presencia de oxígeno y hierro en esta área lo que nos
confirma que se está produciendo oxidación, es decir, un ataque de corrosión,
además aparecen otro elemento en menor cantidad como lo es el carbón y el
silicio.
Grafica 2. Composición del área 2.
Al igual que en la gráfica 1 se nota altos picos de oxigeno [O] seguido del
elemento hierro [Fe], se sigue viendo la presencia de carbón [C] y además de otro
elemento que aparece con un poco de porcentaje que es el silicio [Si].
47
Área 3.
Esta área representa una zona de la soldadura en la cual se encuentra en buenas
condiciones y sin presencia de ataques, en esta ocasión solo se produjeron dos
recuadros (Figura 30) que representan los elementos con mayor presencia que en
este paso solo fue el Carbón [C] y Hierro [Fe], que son los componentes
principales del material base.
Rojo: Carbón [C]
Azul: Hierro [Fe]
Figura 29. Área en buen estado
a)
b)
Figura 30. a) Composición de carbono,
b) composición de hierro
MB
48
Grafica 3. Composición del área 3.
En esta grafica se evidencia los altos picos de Hierros [Fe] y además la presencia
de carbono [C] en menor porcentaje, pero lo más importante en esta área es que
no se nota una alta presencia de Oxigeno [O] hasta tal punto de despreciarlo, lo
que nos quiere decir que la estructura está sana y no hay presencia de corrosión.
49
6.3 Micro dureza
Se realizaron mediciones de micro dureza en diferentes secciones de la probeta
como lo podemos ver en las tablas.
En la prueba se tomaran las mediciones en vickers, con las siguientes
especificaciones:
Carga del ensayo: 980,7 mN
Tiempo de carga: 30 seg
Corrosión
Dureza [Hv] Distancia [µm]
168 36
170 43
170 33
Tabla 3. Dureza en corrosión Tabla4. Dureza en MB
Soldadura
Dureza [Hv] Distancia [µm]
317 22,5
390 67,5
256 26
Tabla 5. Dureza en ZS
Grafica 4. Micro dureza en distintos puntos de la probeta
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0 1 2 3 4
Títu
lo d
el e
je
Título del eje
soldadura y material
soldadura
Grano
corrosion
Grano
Dureza [Hv] Distancia [µm]
292 24
297 24
Soldadura y Material
Dureza [Hv] Distancia [µm]
135 37
158 34
Tabla 6. Dureza en ZS y MB
ZS - MB
ZS
MB
50
Durante la prueba se tomaron datos en cuatro zonas ilustrados en la figura 27 que
son; Corrosión (tabla 3) es la zona en donde podemos apreciar corrosión por
hendidura, Grano (tabla 4) es la zona donde hubo afectación de calor al momento
de aplicar la soldadura, Soldadura (tabla 5) es la zona en donde se aplicó el
cordón de soldadura, soldadura y material (tabla 6) es la zona donde se encuentra
la unión del cordón y el material de aporte.
En la gráfica 4 se ilustra y compara las distintas durezas encontradas en la
probeta. La zona MB tiene un rango de dureza entre 292-297, teniendo en cuenta
estos valores de microdureza y haciendo una comparación teórica de valores de
los componentes metalograficos definimos que en el MB hay presencia perlita. La
mayor dureza se encontró en la ZS que se supone tiene mayor punto de fluencia
que el acero estructural, mientras que la ZAT en donde hubo afectación por calor
tiene una dureza mayor a la del material originalmente, la zona con menor dureza
se encontró en la corrosión y en la unión del material y la soldadura.
Se muestra en la figura 31, la probeta donde se tomaran respectivamente los
datos de micro dureza.
Figura 31. Toma de muestra de micro dureza.
51
6.4 Costos de corrosión
La corrosión es un fenómenos que ataca todos los tipos de aceros causando
degradación de infraestructuras por lo que se deben tomar acciones preventivas o
correctivas generando cargos económicos, por lo que debe analizarse desde
ambas perspectivas. Los costos directos de corrosión podemos asociarlos con el
reemplazo o reparación de mantenimiento preventivo de estructuras metálicas o
maquinaria de componentes corroídos. Por otra parte, los costos indirectos de
corrosión se incurren por otros como el público y no están directamente
relacionados con el propietario o el operador.
En nuestro caso los costos por corrosión involucran los costos directos, que se
ven representados cada vez que se pinta la bicicleta este es un costo de
aproximadamente $150.000 y además de este se ve el costo de cuando falla la
pieza estudiada y hay que cambiarla, este costo es aproximadamente $60.000,
también se recomienda realizar un mantenimiento general a la bicicleta para
inspeccionar el estado de la estructura y tiene un costo aproximado de $ 40.000.
La inversión en pintura se sugiere realizarla cada 2 años, esto dependiendo del
uso que se le dé a la bicicleta y además en el medio ambiente que es utilizada.
En este caso la pieza fue utilizada en Bogotá la cual está a una altura de
aproximadamente 2500 m.s.n.m y una humedad relativa promedio de 72%. [12]
Por lo que no es necesario realizar el cambio de pintura tan seguido. Finalmente
se tendrá en cuenta el costo total de la bicicleta que tiene un valor aproximado de
$ 750.000 (valor consultado en el mes de mayo en una bicicleteria) para deducir el
porcentaje que se puede llegar a perder por las fallas que produce la corrosión.
El costo indirecto debido a que en este caso el usuario es el mismo propietario, no
está relacionado directamente con el daño por corrosión, como se puede ver en la
tabla 7 los costos indirectos pueden ser como el transporte que debe usar el
usuario, mientras la bicicleta se encuentra en reparación, y además el casco es la
protección del usuario por si resulta una falla mientras está operando el
mecanismo.
52
Tabla 7. Costos de la corrosión
En este análisis cuantitativo se encontró que se estaría desperdiciando un valor
cercano al 50% del costo total de la bicicleta en su estado nuevo con solo 6 años
de uso, por esto se decide realizar unas recomendaciones para disminuir estas
pérdidas; el uso de anticorrosivo antes de aplicar la pintura final, un mejor acabado
al momento de fabricar el marco, esto en cuanto al fabricante. El usuario también
puede realizar acciones preventivas como lo es la limpieza continua y aplicar
alguna cera protectora después del lavado, también se sugiere que el lugar en el
que se guarde la bicicleta este en lugar encerrado.
Costos Directos Costos Indirectos
Acción Valor Acción Valor
pintura $150.000 casco $80.000
Tenedor $60.000 transporte $30.000
mantenimiento $40.000
$250.000
$110.000
TOTAL $360.000
53
7 RECOMENDACIONES
Durante años se ha conocido el problema de corrosión que posee los aceros y
estudios han demostrado que los casos de fallos prematuros se deben a ataques
producidos por el exterior y se podrían evitar realizando el mantenimiento
correctivo adecuado. Por esta razón, se realizaran unas recomendaciones para
evitar los ataques prematuros y además evitar costos por fallas.
En este estudio se encontró que los ataques más comunes en este tipo de pieza
son corrosión por picadura, hendidura y generalizada, de esta forma las
recomendaciones más adecuadas para evitarlo son:
Fabricantes
- Antes de realizar los cortes para el ensamble del marco se recomienda
verificar el acabado superficial, para asegurar que no se produzca un
ataque acelerado corrosivo.
- Luego de aplicar la soldadura verificar que no queden impurezas para
evitar cavitaciones o grietas.
- Antes de pintar la pieza final se recomienda usar anticorrosivos o
inhibidores para tener una vida útil mayor.
Usuarios
- Se recomienda dejar la bicicleta limpia y seca después de cada uso que
se le realice.
- Evitar dejarla en lugares húmedos o expuestos al medio ambiente.
- Después de lavar secar bien y usar cremas protectoras
54
8 CONCLUSIONES
- Analizando las imágenes del microscopio óptico se observó que en las zonas
de material base (MB) tiene un porcentaje de ferrita, mientras que en la zona
afectada térmicamente (ZAT) cambiaron sus granos estructurales tanto de
forma como de color, lo que evidencia que hay presencia de perlita, esto se
debió al incremento de temperatura al momento de aplicar la soldadura.
- Los cambios estructurales más notorios producidos por la corrosión fueron
ausencias de hierro en la composición, cambios estructurales y formas
anormales como lo presenciado en la corrosión generalizada.
- Estudiando las imágenes arrojadas por los microscopios se observaron tres
tipos de ataques corrosivos; corrosión por picadura, hendidura y generalizada.
Las causas más probables de estos ataques se debe a que la zona está
expuesta estancamientos de agua y productos que pueden contener iones de
halógeno, además los acabados superficiales no son los mejores dejando
lugares sin recubrimiento o con grietas.
- Con los valores registrados en la prueba de micro dureza, se observó que en
la zona donde hay presencia de corrosión su dureza era menor a las demás
zonas, mientras que en la zona afectada por calor (ZAT) su valores
aumentaron con respecto su estado original, es decir, la zona de material base
(MB). De esta forma se puede concluir que tanto como la aplicación de
soldadura y los ataques corrosivos afectan mecánicamente la dureza del
material.
- Los costos que se cuantificaron en la pieza estudiada nos da una idea sobre la
cantidad de dinero que se puede perder por culpa de la corrosión, que en este
caso fue aproximadamente el 50% del valor inicial. Con esto se puede
incentivar el estudio de la prevención para disminuir estos costos, por esta
razón se hizo una propuesta para la prevención de estos tipos de ataques.
55
9 GLOSARIO
Baquelita: el producto resinoso formado cuando dos productos químicos comunes
como el fenol y el formaldehído reaccionan juntos.
Electrodo revestido: estos son los que generalmente se emplean en las
estructuras metálicas. Este se encuentra protegido mediante un revestimiento
compuesto de diversas sustancias, según las características que se deseen
brindar al material de la soldadura y estas también protegen el metal fundido de la
atmosfera y estabilizan el arco eléctrico.
Metalografía: El análisis metalográfico es el estudio microscópico de las
características estructurales de un metal o aleación. Es posible determinar el
tamaño de grano, y el tamaño, forma y distribución de varias fases e inclusiones
que tienen efecto sobre las propiedades mecánicas del metal.
Microestructura: La microestructura es la estructura más fina de un material que
es detectada con la ayuda de un microscopio. Esta puede ser modificada, lo que le
permite al ingeniero escoger una combinación con las propiedades más
adecuadas según la aplicación a emplear, tomando en cuenta que sea un material
el cual lleve un proceso de producción industrial.
Micro dureza: La dureza de un área muy pequeña de la capa de superficie de un
material.
Dureza Vickers: es una prueba de dureza por penetración, en el cual se usa una
maquina calibrada para aplicar una carga por medio de un penetrador (identador)
piramidal de diamante sobre la superficie del material bajo prueba.
Hendidura: Abertura o hueco estrecho, largo y poco profundo que se hace en un
cuerpo sólido.
56
Picadura: La picadura es una forma de ataque corrosivo localizado que produce
hoyos pequeños agujeros en un metal. Este tipo de corrosión es muy destructivo
para las estructuras de ingeniería si provoca perforación del metal.
Inhibidor de corrosión: Es un material que fija o cubre la superficie metálica,
proporcionando una película protectora que detiene la reacción corrosiva.
Ánodo: Es un electrodo en el que se produce una reacción de oxidación,
mediante la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de
oxidación.
Cátodo: Es un electrodo con carga negativa que sufre una reacción de reducción,
mediante la cual un material reduce su estado de oxidación al recibir electrones.
Acero: Aleación de hierro con pequeñas cantidades de carbono y que adquiere
con el temple gran dureza y elasticidad.
Electrón: Es una partícula esencial más liviana que compone un átomo y que
presenta la menor carga posible en lo referente a la electricidad negativa. Se trata
de un elemento subatómico que se sitúa en torno al núcleo del átomo.
Punto de fluencia: Tensión en la que la deformación aumenta sin que aumenta la
tensión. Solo unos pocos materiales (especialmente el acero) tiene un punto de
fluencia y, normalmente, solo bajo cargas de tensión.
57
10 BIBLIOGRAFIA
[1] GEARY, W, y HOBBS, J. Catastrophic failure of a carbon steel storage tank due to internal corrosión. Vol. 1. UK: 2013. Disponible < http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221329021300045X>
[2] DAVIS, I, y JOSEPH, R. Corrosion: Understanding the Basics. Estados Unidos:
2000. P 99 – 180. KOCH, Germán; BRONGERS, Mauricio. Corrosion en Alturas.
[3] BILURBINA Luis, et al. Corrosión y protección. . Ediciones de la Universidad Politécnica de Cataluña. España: 2003. P 52
[4] UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA. Corrosión en la industria de los
alimentos. Vol 2. Pereira. Disponible en
<http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/tiposdecorrosion>
[5] INGEMECANICA. Soldadura por Arco con Electrodo Revestido Índice de
contenidos. España. Disponible en <
http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn45>
[6] KOCH, G, et al. Corrosion Cost and Preventive Strategies in the United States. Estados unidos: 2002. Disponible en < https://www.nace.org/uploadedFiles/Publications/ccsupp.pdf>
[7] CIMAV. Microscopio Electrónico de barrido. México. Disponible en <
http://mty.cimav.edu.mx/sem/ >
[8] CIENCIA Y BIOLOGIA. El microscopio óptico. Disponible en
<http://cienciaybiologia.com/el-microscopio-optico-o-compuesto/>
[9] BICIHOME. Historia de la Bicicleta. Disponible en <http://bicihome.com/la-
historia-de-las-bicicleta/>
[10] HAGOYEN, César. et al. Simulación numérica de los apoyos de puente metálico giratorio. Vol 14. No 3.Cuba: 2011. Disponible en <http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1815-59442011000300001>
[11] IDRD. Soldadura de electrodo E6013. Bogotá. Disponible en <http://www.idrd.gov.co/especificaciones/index.php?option=com_content&view=article&id=2278&Itemid=1831>
58
[12] UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS. Características
de Bogotá. Bogotá. Disponible en
<https://www.udistrital.edu.co/universidad/colombia/bogota/caracteristicas/>
[13] ELECTRODOINFRA. Manual de electrodos para soldar. México: 2009. No2. Disponible en < http://www.electrodosinfra.com.mx/pdf/manual_general/manual_general.pdf>
[14] UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA. Aceros al carbono. Pereira. Disponible en < http://www.utp.edu.co/~publio17/aceroalC.htm>
[15] UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA. Diagrama hierro carbono.
Pereira. Disponible en < http://blog.utp.edu.co/metalografia/5-diagrama-hierro-
carbono/>
[16] LA BICICLETA EN EL COLE. Partes de una bicicleta. Disponible en <
https://sites.google.com/site/labicicletaenelcole/para-los-alumnos-as/partes-de-la-
bicicleta>
