Los 10 tipos de corrosión: una guía para ingenieros sobre cómo fallan los metales

Ves un tornillo oxidado y piensas: "corrosión". Pero en el mundo de la ingeniería y la fabricación, es como ver un hospital lleno de pacientes y decir: "Todos están enfermos". El óxido es solo un síntoma de un tipo de corrosión. La realidad es una compleja familia de procesos destructivos, cada uno con su propia causa, apariencia y método de prevención.

Entonces, ¿cuáles son los principales tipos de corrosión?

Los 10 más críticos Tipos de corrosión que los ingenieros y los fabricantes tratan con: 1) Ataque uniforme, 2) Galvánico, 3) Picaduras, 4) Grietas, 5) Intergranular, 6) Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), 7) Erosión, 8) Fretting, 9) Filiforme, y 10) Corrosión a alta temperatura.

Entendiendo la diferencia entre estos Los tipos no son académicos: son la clave Para fabricar productos seguros, confiables y duraderos. Un malentendido puede provocar fallos catastróficos, desde el colapso de un puente hasta un implante médico dañado.

Esta guía le explicará cada uno de los 10 tipos de corrosión. No solo los definiremos, sino que también le mostraremos cómo se ven, explicaremos los mecanismos ocultos que los causan y le brindaremos las estrategias de prevención que utilizamos en RM (Fabricación rápida) para proteger las piezas críticas que construimos todos los días.

¿Qué es realmente la corrosión? El motor electroquímico

Antes de poder clasificar los diferentes tipos, debemos entender que casi toda la corrosión en un entorno a base de agua es una proceso electroquímicoNo es una simple reacción química; es una pequeña batería indeseable. Para que ocurra, deben estar presentes cuatro cosas:

1. Ánodo: La parte del metal que se corroe. Cede electrones (oxidación) y se transforma en iones metálicos (p. ej., óxido).
2. Cátodo: Una parte del metal (o un metal diferente) que hace No corroer. Acepta los electrones.
3. Electrólito: Un líquido conductor (como el agua, especialmente el agua salada) que permite que los iones se muevan entre el ánodo y el cátodo.
4. Camino Metálico: Una conexión que permite el flujo de electrones del ánodo al cátodo. La propia pieza metálica sirve de vía.

Cuando estos cuatro elementos están presentes, el circuito se completa y el ánodo comienza a disolverse. Cada tipo de corrosión que analizaremos es simplemente una forma diferente de crear este circuito destructivo.

Categoría 1: Corrosión por ataque uniforme (la obvia)

Esta es la forma más común y reconocible de corrosión. Como su nombre lo indica, se propaga uniformemente por toda la superficie expuesta de un... materialesEs predecible, medible y rara vez... causa de un fallo catastrófico inesperado Porque puedes verlo suceder y planificarlo.

Apariencia: Una oxidación o deslustre constante y generalizado. Imagine una lámina de acero al carbono simple expuesta a la lluvia: toda la superficie desarrolla una capa de óxido de hierro (óxido) de color marrón rojizo.

Mecanismo: A nivel microscópico, los sitios del ánodo y el cátodo se desplazan constantemente, lo que provoca una pérdida uniforme de material en toda la superficie. Esto ocurre cuando un metal se encuentra en un entorno corrosivo, como una solución ácida o simplemente expuesto al oxígeno y la humedad.

Ejemplo común: El adelgazamiento progresivo del casco de acero de un barco o la oxidación de una vieja valla metálica sin pintar.

Prevención:

• Revestimientos: El método más sencillo. La pintura, el recubrimiento en polvo o el enchapado crean una barrera entre el metal y el electrolito.
• Selección de materiales: Elija un material más resistente a la corrosión. Utilizando acero inoxidable En lugar de acero al carbono es una actualización común.
• Inhibidores de corrosión: Productos químicos añadidos al electrolito que ralentizan la reacción, a menudo formando una película protectora sobre la superficie del metal.

Categoría 2: Corrosión galvánica (La trampa de los metales diferentes)

La corrosión galvánica es uno de los tipos de corrosión más frecuentes y malinterpretados. Se produce cuando dos metales diferentes entran en contacto físico y se sumergen en un electrolito común.

Mecanismo: Este es el concepto de "batería" en su forma más pura. Cada metal tiene una tendencia natural diferente a ceder sus electrones, una propiedad llamada potencial de electrodo. Cuando se conectan dos metales diferentes, el que tiene el potencial más negativo se convierte en el... ánodo y se corroe rápidamente, mientras que el que tiene el potencial más positivo se convierte en el cátodo y está protegido.

Los ingenieros utilizan un Serie galvánica gráfico para predecir qué metal se corroerán. Los metales en la parte superior (como el magnesio y el zinc) son "menos nobles" y actuarán como ánodo. Los metales en la parte inferior (como el oro y el platino) son "más nobles" y actuarán como cátodo. Cuanto más separados estén dos Los metales están en el gráfico, más rápido se corroerá el ánodo.

Apariencia: Corrosión severa localizada justo en el punto de contacto entre dos metales. El metal más noble lucirá impecable, mientras que el menos noble sufrirá graves daños.

Ejemplo común:

• Un error clásico es usar tornillos de acero para fijar una placa de latón en un entorno marino. El acero es menos noble que el latón, por lo que se convierte en el ánodo y se corroe a un ritmo acelerado, mientras que el latón permanece intacto.
• Este principio también se utiliza con fines de protección. Acero galvanizado Es simplemente acero al carbono recubierto de zinc. Si el recubrimiento se raya, el zinc (menos noble) se corroe para proteger el acero expuesto (más noble).

Prevención:

• Evite lo diferente Contacto con metales: el mejor método Consiste en diseñar el producto utilizando un solo metal.
• Aislamiento eléctrico: Si debe usar dos metales diferentes, aíslelos con una barrera no conductora, como una junta y arandela de plástico o goma. Esto rompe la ruta metálica.
• Seleccione Metales cercanos en la serie galvánica: Si debe conectar dos metales, elegir los que estén más juntos en la tabla (por ejemplo, dos series diferentes de acero inoxidable) minimizará la tasa de corrosión.
• Ánodos de sacrificio: Fije intencionalmente un bloque de un metal mucho menos noble (como zinc o aluminio) a la estructura que desea proteger. Este "ánodo de sacrificio" se corroerá, protegiendo la estructura principal. Se utiliza en cascos de barcos y tuberías.

Ya hemos cubierto el tipo de corrosión más visible y la trampa más común de "metales diferentes". Estos son perjudiciales, pero a menudo predecibles. En la siguiente parte, profundizaremos en los asesinos ocultos: las formas de corrosión localizada que pueden provocar que una pieza falle repentinamente y sin previo aviso. Exploraremos la corrosión por picaduras, grietas e intergranular. tipos que mantienen a los ingenieros despierto por la noche

Categoría 3: Corrosión por picaduras (la perforación oculta)

La corrosión por picaduras es una de las formas más destructivas y peligrosas de corrosión. Se trata de un ataque muy localizado que crea pequeños y profundos agujeros (o "picaduras") en la superficie de un material. Un componente puede parecer casi perfecto en la superficie, pero estar plagado de picaduras que actúan como concentradores de tensiones, provocando una fractura repentina y catastrófica.

Apariencia: Pequeños agujeros en la superficie, a menudo cubiertos y ocultos por una capa de productos de corrosión. Limpiar el óxido superficial podría revelar una cavidad profunda debajo. La mayor parte de la superficie metálica permanece intacta.

Mecanismo: La picaduras se inician en un pequeño punto débil de la capa protectora pasiva de un metal (como la capa de óxido de cromo del acero inoxidable). Esto suele desencadenarse por la presencia de iones específicos, con cloruro (Cl⁻) Siendo el culpable más común. Una vez que se rompe la capa, comienza un agresivo proceso "autocatalítico":

1. El pequeño pozo activo se convierte en el ánodo y la gran superficie pasiva que lo rodea se convierte en el cátodo.
2. Los iones metálicos se concentran en el interior el pozo, atrayendo iones negativos como el cloruro para mantener la neutralidad de la carga.
3. Esto forma cloruros metálicos agresivos (por ejemplo, cloruro férrico) que se hidrolizan con agua, creando un microambiente altamente ácido y corrosivo dentro del pozo.
4. El proceso se vuelve autosuficiente y se acelera, perforando un agujero profundo en el material.

Ejemplo común: Hoyos que se forman en acero inoxidable 304 tuberías o tanques utilizados en zonas costeras o en plantas químicas que manejan soluciones que contienen cloruro.

Prevención:

• Selección de aleación: Utilice materiales con mayor resistencia a las picaduras. Añadiendo Molibdeno El acero inoxidable (como el grado 316L) aumenta significativamente su resistencia. Para entornos aún más hostiles, se requieren aceros inoxidables dúplex o aleaciones a base de níquel.
• Control ambiental: Reducir la concentración de cloruros, bajar la temperatura o disminuir la acidez del electrolito.
• Mantener las superficies limpias: Las picaduras suelen iniciarse bajo pequeños depósitos o contaminantes superficiales. Mantener las superficies limpias y lisas puede prevenir su inicio.

Categoría 4: Corrosión por grietas (el ataque en los huecos)

La corrosión por grietas es mecánicamente muy similar a la corrosión por picaduras, pero se inicia por una geometría específica, en lugar de un defecto aleatorio en la capa pasiva. Se trata de una corrosión intensa y localizada que se produce en grietas o espacios protegidos de la superficie del metal, donde el electrolito está estancado.

Apariencia: Daños graves por corrosión que quedan completamente ocultos en una grieta. No se detectan hasta que se desmontan las piezas. Se encuentran comúnmente debajo de las cabezas de los tornillos, bajo las arandelas y juntas, en las juntas de solape y entre los tubos y las placas tubulares.

Mecanismo: El proceso comienza con un celda de aireación diferencial.

1. El electrolito dentro de la grieta está estancado y el oxígeno disuelto se consume rápidamente por la reacción de corrosión inicial.
2. El oxígeno no se puede reponer fácilmente debido a la geometría estrecha.
3. El área dentro de la grieta, ahora sin oxígeno, se convierte en el área activa. ánodoEl área fuera de la grieta, con abundante oxígeno, se convierte en el cátodo.
4. Al igual que en las picaduras, se inicia un ciclo autosostenible. Los iones metálicos y los cloruros se concentran en la grieta, el pH desciende y la velocidad de corrosión se dispara dentro de la grieta oculta.

Ejemplo común: Corrosión severa de un perno de acero inoxidable bajo la cabeza, donde se sujeta a una placa, en un entorno marino. El exterior del perno parece estar en buen estado, pero puede fallar inesperadamente.

Prevención:

• Diseño sin grietas: Este es el método más eficaz. Utilice uniones soldadas en lugar de atornilladas o remachadas. Asegúrese de que las soldaduras sean de penetración completa.
• Utilice juntas sólidas y no absorbentes: Las juntas porosas pueden actuar como esponjas y crear condiciones ideales para la corrosión por grietas. Las juntas de PTFE son una opción común.
• Utilice selladores: Calafatee o aplique un sellador para rellenar los huecos en las juntas traslapadas.
• Asegure un drenaje adecuado: Diseñe las piezas de manera que el agua y los electrolitos no puedan acumularse en las grietas.

Para aclarar la diferencia entre estas dos formas similares pero distintas de corrosión localizada, aquí hay una comparación directa:

Categoría 5: Corrosión intergranular (CGI) (El ataque a los límites)

Esta es una forma particularmente insidiosa de corrosión porque ataca el los límites de grano Del metal, no de los granos mismos. Puede destruir la integridad de un material sin apenas rastros visibles en la superficie, provocando pérdida de resistencia y ductilidad. La pieza puede parecer buena, pero puede fracturarse o incluso desmoronarse con muy poca tensión.

Apariencia: En la superficie, puede aparecer solo como un ligero grabado. Se requiere un examen microscópico para observar el ataque a lo largo de los bordes de grano. En casos graves, al someter el material a tensión, pueden desprenderse granos enteros, lo que le confiere una textura azucarada o áspera.

Mecanismo: El ejemplo más famoso es el “sensibilización” de aceros inoxidables austeníticos (como el grado 304 común).

1. Cuando estos aceros se calientan a un rango de temperatura específico (aproximadamente 450-850 °C o 850-1550 °F), por ejemplo, durante la soldadura, el carbono del acero se combina con el cromo.
2. Este formulario carburos de cromo (Cr₂₃C₆) a lo largo de los límites del grano.
3. Este proceso extrae cromo de la zona inmediatamente adyacente a los límites de grano. Dado que el cromo es lo que confiere al acero inoxidable su resistencia a la corrosión, estas zonas empobrecidas se vuelven muy susceptibles a la corrosión.
4. Los límites de los granos actúan ahora como ánodos y la corrosión avanza rápidamente a lo largo de estos estrechos caminos, separando los granos.

Ejemplo común: “Deterioro de la soldadura” En una tubería de acero inoxidable 304 utilizada para transportar un fluido corrosivo. La corrosión no se produce en la soldadura en sí, sino en las bandas estrechas a ambos lados (la zona afectada por el calor) que se mantuvieron dentro del rango de temperatura de sensibilización.

Prevención:

• Utilice grados de bajo contenido de carbono: Seleccione grados "L", como 304L o 316L. El menor contenido de carbono (p. ej., <0.03 %) significa que no hay suficiente carbono para formar cantidades significativas de carburo de cromo. Esta es la solución moderna más común.
• Utilice calidades estabilizadas: Utilice grados como el 321 (estabilizado con titanio) o el 347 (estabilizado con niobio). Estos elementos tienen mayor afinidad por el carbono que el cromo, por lo que forman carburos inofensivos, dejando el cromo en solución para proteger el acero.
• Posterior a la soldadura de tratamiento térmico: Para los grados distintos de L, se puede realizar un recocido en solución a alta temperatura para redisolver los carburos de cromo y restaurar la resistencia a la corrosión. Esto suele ser poco práctico.

Ya hemos cubierto las formas de corrosión que atacan a un material desde dentro, basándonos únicamente en la química y la geometría. Pero ¿qué sucede cuando se añaden fuerzas mecánicas a la ecuación? En la parte final, exploraremos los tipos de corrosión provocados por la tensión y el desgaste físico, incluyendo Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), corrosión por erosión y desgaste por rozamiento, completando nuestra guía de los 10 tipos críticos de corrosión.

Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC): La catástrofe silenciosa

Agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es uno de los mecanismos de fallo más insidiosos y peligrosos de la ingeniería. Es Se define como el agrietamiento de un material. Producido por la acción combinada de un entorno corrosivo y una tensión de tracción estática. Su naturaleza aterradora reside en su capacidad de provocar que una pieza aparentemente sólida se fracture repentinamente sin signos evidentes de corrosión o deformación plástica.

El mecanismo: una trilogía de problemas

Para que se produzca la SCC se deben cumplir simultáneamente tres condiciones:

1. Un material susceptible: No todos los materiales son propensos al SCC en todos los entornos. Los aceros inoxidables de la serie 300, por ejemplo, son notoriamente susceptibles en entornos que contienen iones de cloruro.
2. Un entorno corrosivo específico: El entorno que causa el SCC es específico del material. El amoníaco provoca grietas en el latón, mientras que los cloruros atacan el acero inoxidable.
3. Una tensión de tracción estática: Esta tensión puede provenir de una carga externa, pero más a menudo es una tensión residual que queda de procesos de fabricación como soldadura, conformación en frío o tratamiento térmico inadecuado.

Cuando se dan estas tres condiciones, la tensión abre una grieta microscópica en la superficie del material. El medio corrosivo ataca entonces la punta de la grieta recién expuesta, que se encuentra sometida a la mayor tensión, provocando su propagación. Esto crea un círculo vicioso que continúa hasta que la sección transversal restante de la pieza ya no puede soportar la carga, lo que provoca una fractura repentina de aspecto frágil.

Apariencia y detección

El SCC es increíblemente difícil de detectar visualmente. Las grietas son extremadamente finas, a menudo microscópicas, y pueden estar rellenas de productos de corrosión que las ocultan. La mayor parte de la superficie del material puede mostrar muy poca corrosión general, lo que da una falsa sensación de seguridad. Su detección casi siempre requiere métodos especializados de ensayos no destructivos (END), como la prueba con líquidos penetrantes o la inspección ultrasónica.

Corrosión por erosión: el ataque de la erosión

Erosión Corrosión Es una forma acelerada de corrosión causada por la acción combinada de un fluido corrosivo y el desgaste mecánico provocado por el movimiento de dicho fluido. Es el equivalente químico de un río que excava un cañón en la roca.

El mecanismo: desgaste a nivel químico

Muchos metales, como el acero inoxidable y el aluminio, se protegen con una capa de óxido muy fina, resistente e inerte llamada película pasiva. En un fluido corrosivo estático, esta película es estable. Sin embargo, cuando el fluido se mueve a alta velocidad, especialmente si contiene partículas sólidas abrasivas (como arena o lodo), puede erosionar físicamente esta capa protectora.

En el momento en que se retira la capa pasiva, el metal fresco y reactivo subyacente queda expuesto al fluido corrosivo y comienza a corroerse inmediatamente. Intenta formarse una nueva capa pasiva, pero también es erosionada inmediatamente por el fluido que fluye. Este rápido ciclo de desgaste y recorrosión provoca una pérdida de material mucho más rápida que la que causarían la erosión o la corrosión por separado.

Apariencia y detección

La corrosión por erosión deja un patrón direccional muy distintivo en la superficie metálica. A menudo se presenta como surcos, cárcavas, ondas o picaduras en forma de lágrima, todos alineados con la dirección del flujo del fluido. Se encuentra con mayor frecuencia en zonas donde el flujo cambia de dirección o velocidad, como codos de tuberías, tes, impulsores de bombas y salidas de válvulas.

Corrosión por contacto: el asesino de las vibraciones

Corrosión por fricción Se produce en la interfaz de dos superficies fuertemente presionadas que están sujetas a un ligero movimiento repetitivo de vaivén, como la vibración. Es un problema clásico en uniones atornilladas, cojinetes de ajuste a presión y cualquier otro conjunto mecánico sujeto.

El mecanismo: roce y oxidación

El proceso comienza con un movimiento microscópico de deslizamiento (fritting) entre las dos superficies. Este movimiento rompe la capa pasiva protectora de las superficies metálicas, exponiendo metal fresco y reactivo. Este metal expuesto se oxida inmediatamente. Las partículas de óxido duro resultantes quedan atrapadas entre las superficies.

Dado que estas partículas de óxido suelen ser más duras que el metal base, actúan como una granalla abrasiva, acelerando el desgaste y deteriorando aún más la capa pasiva. Esto crea un ciclo de retroalimentación donde la fricción causa oxidación y las partículas de óxido resultantes aceleran el daño por fricción.

Apariencia y detección

El desgaste por fricción se identifica típicamente por la presencia de picaduras o ranuras en las superficies metálicas, rodeadas de residuos de óxido característicos. En las piezas de acero, estos residuos tienen el aspecto de un polvo de cacao de color marrón rojizo. El daño se localiza principalmente en la zona de contacto entre ambos componentes.

Desaleación: el talón de Aquiles de la aleación

DesalineaciónLa lixiviación selectiva, también conocida como lixiviación selectiva, consiste en la corrosión preferencial de un elemento de una aleación en solución sólida. Este proceso deja un remanente poroso y débil del elemento más resistente a la corrosión.

El mecanismo: la eliminación preferencial

El ejemplo más clásico es el descincificación del latónEl latón es una aleación de cobre y zinc. En ciertos entornos corrosivos (como el agua con alto contenido de cloruro), el zinc, químicamente más activo, se corroe selectivamente, dejando una estructura de cobre esponjosa y débil. La pieza puede conservar su forma y dimensiones originales, pero ha perdido casi toda su resistencia mecánica y puede fallar bajo una carga mínima.

Apariencia y detección

La señal más evidente de desaleación suele ser un cambio de color. En el caso de la descincificación, el latón amarillo adquiere el color rojizo del cobre puro. Aunque la superficie parezca intacta, una simple prueba de rayado revelará la naturaleza blanda y porosa del material subyacente.

Corrosión a alta temperatura: prueba de fuego

El último tipo de corrosión es único porque no requiere un electrolito líquido. Corrosión a alta temperatura Es la degradación química de un material resultante de la reacción directa con una atmósfera gaseosa caliente. La forma más común es oxidación.

El Mecanismo: Más allá del agua

A temperaturas elevadas (por ejemplo, en hornos, motores de jetLos metales (como los sistemas de escape o los sistemas de escape) pueden reaccionar directamente con los gases del ambiente, generalmente oxígeno, azufre u otros oxidantes. Esta reacción forma una capa sólida de incrustaciones en la superficie del metal. El efecto protector o destructivo de estas incrustaciones depende del material y la temperatura. Si las incrustaciones son densas y están bien adheridas, pueden retardar la corrosión. Si son porosas o se desprenden con facilidad, exponen el metal fresco a un ataque continuo, lo que provoca una rápida pérdida de material.

Apariencia y detección

La corrosión a alta temperatura suele ser evidente y se caracteriza por una capa gruesa, a menudo descolorida o escamosa, de incrustaciones en la superficie del componente. El reto de ingeniería no reside en detectarla, sino en seleccionar materiales (como superaleaciones a base de níquel o cerámicas) que la resistan a las temperaturas de funcionamiento requeridas.

Conclusión: Del reconocimiento a la prevención

La corrosión no es un único enemigo; es una fuerza multifacética de la naturaleza con al menos diez formas distintas de ataque. Hemos pasado de la oxidación evidente y uniforme de una viga de acero a la grieta invisible, causada por la tensión, que puede derribar un avión.

Comprender estos 10 tipos es el primer paso, y el más importante, en cualquier programa eficaz de análisis de confiabilidad o fallas. Al identificar con precisión los... mecanismo De ataque, ya sea galvánico, localizado o asistido mecánicamente, los ingenieros pueden implementar la estrategia preventiva correcta. Esto podría ser cambiar un material, aplicar un recubrimiento protector, modificar el entorno o rediseñar la pieza para eliminar los concentradores de tensión. En esencia, combatir la corrosión se trata de conocer al enemigo.

Preguntas frecuentes sobre lubricadores de fleje y rodillos

¿Cuáles son los 3 grupos principales de corrosión?

Si bien existen muchos tipos específicos, se pueden agrupar conceptualmente en tres categorías:

1. Corrosión general: Donde el ataque se distribuye más o menos uniformemente sobre la superficie (por ejemplo, corrosión uniforme).
2. Corrosión localizada: Donde el ataque se concentra en áreas pequeñas y específicas, lo que lo hace mucho más peligroso (por ejemplo, picaduras, grietas, SCC).
3. Corrosión asistida mecánicamente: Cuando la corrosión es acelerada por una fuerza mecánica (por ejemplo, corrosión por erosión, desgaste por fretting).

¿Cuáles son ejemplos comunes de corrosión?

• Uniforme: Óxido en el panel de acero de la carrocería de un coche viejo.
• Galvánico: Un tornillo de acero que se oxida rápidamente cuando se utiliza en un accesorio de latón.
• Picaduras: Pequeños y profundos agujeros que se forman en los utensilios de cocina de acero inoxidable expuestos a la sal.
• Hendedura: Corrosión oculta debajo de la cabeza de un perno en un remolque de barco.
• CCS: Agrietado el vástago de una válvula de latón expuesto a limpiadores a base de amoníaco.

¿Por qué existen diferentes listas con 8 o 10 tipos de corrosión?

La ciencia de la corrosión es compleja y los expertos a veces categorizan los fenómenos de forma diferente. Una lista de “8 tipos” es común y cubre los usos industriales más frecuentes Problemas. Una lista de 10, como la que se presenta aquí, es más completa y a menudo incluye formas más especializadas pero igualmente críticas, como la desaleación y la corrosión a alta temperatura, para proporcionar una visión más completa. ingeniería imagen.

Referencias

1. AMPP (anteriormente NACE Internacional). (2022). Conceptos básicos sobre la corrosión. Obtenido de Recursos sobre corrosión de AMPP
2. Sociedad Americana de Metales (ASM) Internacional. (2005). Manual ASM, Volumen 13B: Corrosión: Materiales. Obtenido de Manuales internacionales de ASM (Un manual de ingeniería definitivo, revisado por pares y la fuente principal a la que hacen referencia los ingenieros para validar la selección de aleaciones).

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