Compo amien o a la co osión del ace o 316L
sin e izado con dis in o g ado de po osidad
L. So ia^,
F.
Gómez^, J.M. Galla do^ y EJ. He e a*^
Resumen A pa i de pol os de ace o inoxidable AISI 316L, se han p epa ado mues as con dis in o g ado de
po osidad, en e el 9 y el 40 %, asegu ando que la supe icie ex e na no esul a al e ada du an e el p o-
cesado pul ime alú gico. Jun o a mues as de chapa laminada de la misma composición, han sido
some idas a ensayos de inme sión y a ensayos elec oquímicos de co osión. Es udios cuan i a i os de
la e olución de la po osidad supe icial, an es y después de los ensayos, pe mi en plan ea di e sas
hipó esis ace ca de los mecanismos de co osión ac uan es en unción de la po osidad de las piezas.
Palab as cla e: Pul ime alu gia. Ace o inoxidable. Ensayos de co osión. Po osidad.
Co osión beha iou o a sin e ed 316L s eel wi h di e en
po osi y g ades
Abs ac AISI 316L sin e ed samples, wi h po osi ies anging om 9 o 40 %, and wi hou alloying losses a
he su ace, ha e been p epa ed. T ióse samples, along wi h con en ional ( olled) s eel samples, ha e
been subjec ed o elec ochemical and inme sión co osión es s. Acco ding o po osi y size
quan i a i e measu emen s, be o e and a e co osión es s, wo co osión mechanisms, gene al and
pi ing, a e p oposed depending on he ini ial po osi y.
Keywo ds: Powde me allu gy. S ainless s eel. Co osión es s. Po osi y.
1.
INTRODUCCIÓN
Las aplicaciones de los ace os inoxidables pul i-
me alú gicos (PM) es án limi adas po las di icul a-
des en ob ene las mismas p opiedades que en los
ace os clásicos. La esis encia a la co osión apa e-
ce como el p incipal p oblema que limi a el uso de
es e ipo de ma e iales.
El e ec o del amaño y po cen aje de po osidad
sob e la esis encia a la co osión es conocido (1-5),
aunque exis en disc epancias ace ca de su signo,
según el medio co osi o y el ipo de ensayo, quí-
mico o elec oquímico, u ilizado (6). Pa a una
misma densidad, o os ac o es como el con enido
de ca bono, ni ógeno u oxígeno (7), el ca ác e
conec ado o in e conec ado de la po osidad (8), el
amaño de los po os indi iduales (9), la uni o mi-
dad de amaño de po o según el p oceso de ab ica-
ción del pol o (10) e c., modi ican el e ec o obse -
' ) G upo de Me alu gia e Ingenie ía de los Ma e iales. E.S. de
Ingenie os, A da. de los Descub imien os s/n. 41092-Se i-
11a
(España).
ado de la po osidad en la esis encia a la co o-
sión. También la composición química de la supe -
icie,
an o de los pol os como del p oduc o inal,
in luye sob e la esis encia a la co osión. La p e-
sencia de capas de óxidos supe iciales (Si02,
C203, Fe203, e c.) en los pol os di icul a la sin e i-
zación (11) y a o ece la co osión po picadu as al
esul a ag ie ada du an e la compac ación (9). La
eliminación de dichas capas se acili a median e el
empleo de ele adas p esiones de compac ación (1 y
12) y ele adas empe a u as de sin e ización (11) en
a mós e as con bajo pun o de ocío (13). En es e
sen ido, a mós e as de hid ógeno con pun os de
ocío in e io es a -34 °C, amoníaco disociado con
pun os de ocío in e io es a -62 °C o acío a p esio-
nes in e io es a 10_2-10"3 mba se conside an sa is-
ac o ias.
Además, una de ec uosa eliminación del lub i-
can e, bajas elocidades de en iamien o as el p o-
cesado -sob e odo unido a con enidos ele ados de
ca bono o ni ógeno, en el me al o la a mós e a de
sin e ización (1 y 14)-, e c., son ac o es que a o-
ecen enómenos co osi os pos e io es o du an e el
p opio p ocesado (6).
Re . Me al,
Mad id,
34 (mayo), 1998 137
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L.
So ia e al. / Compo amien o a la co osión del ace o 316L sin e izado con dis in o g ado de po osidad
2.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se han p epa ado mues as cilind icas de 12 mm
de diáme o y 5 mm de espeso , median e compae-
ación en ío con lub icación en pa ed. Se han
empleado p esiones de 100, 400, 700 y 1.000 MPa,
al obje o de ob ene di e en es po osidades inales.
Se ha ealizado una desgasi icación a 425 °C, al
ai e,
du an e 1 h. La sin e ización, en a mós e a
dinámica de a gón a 0,8 mba , se ha lle ado a cabo
a 1.250 °C du an e 1 h. Las mues as se han en ia-
do,
desde la empe a u a de sin e ización, en
co ien e de a gón. Median e el p ocedimien o des-
c i o,
las mues as expe imen an una densi icación
acep able, sin que la supe icie mues e pé didas
de ec ables de elemen os de aleación (15).
Se han de e minado la densidad y la po osidad
medias, así como algunas ca ac e ís icas geomé i-
cas de la po osidad supe icial.
En mic og a ías de la supe icie de las mues as,
ealizadas po mic oscopía elec ónica de ba ido
con de ec o BSE, los po os supe iciales más p o-
undos apa ecen neg os, ya que no se ecibe señal
de elec ones del ondo de los mismos. De es a
o ma, se han segmen ado y de e minado cuan i a i-
amen e el po cen aje de po osidad supe icial y la
dis ibución de amaños (á eas) de dichos po os.
Po su pa e, en mic og a ías óp icas de seccio-
nes ans e sales a la supe icie a ensaya , se han
cuan i icado la anchu a y p o undidad máximas de
los po os supe iciales. Pa a ello, en la mic og a ía,
se ha de inido como con o no del po o supe icial
aquella á ea acía, odeada de me al, y abie a a la
supe icie ex e na.
An es de some e las p obe as a ensayo, han sido
a adas supe icialmen e con un desoxidan e pa a
elimina , en su caso, lige as i isaciones que puedan
queda as la sin e ización.
Las mues as han sido some idas a ensayos de
co osión elec oquímicos y po inme sión. Los
ensayos elec oquímicos se han ealizado según la
no ma ASTM G61, en NaCl al 3,56 % desai eado,
a 25 °C. Las p obe as han sido embu idas, pe o sólo
has a la mi ad de su espeso , modi icando así lige a-
men e una écnica de ensayo que e i a o disminuye
la apa ición de co osión en hendidu as (16).
Los ensayos de inme sión du an e 72 h en 6 %
FeCl3 se han ealizado según la no ma ASTM G48.
Como quie a que dicho ensayo es muy ag esi o
pa a los ace os sin e izados, se han epe ido las
expe iencias con iempos de inme sión de 5 h (17).
3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Las densidades inales medias pa a las mues as
comp imidas a 100, 400, 700 y 1.000 MPa son, es-
pec i amen e de 4,77, 6,25, 6,90 y 7,27 g/cm3, lo
que co esponde a po osidades del 40,4, 21,9, 13,7
y 9,2 %.
Los ensayos elec oquímicos mues an que,
incluso en las p obe as más densas, no se ob iene
pasi ación de la mismas, aun llegando a densidades
de co ien e de 100 mA/cm2 (Fig.l), en con as e
con lo obse ado en el ace o con encional.
Po su pa e, los ensayos de inme sión mues an
un peo compo amien o de los ace os pul ime a-
lú gicos, con elocidades de co osión has a 200
eces supe io es que el ace o con encional. Puede
señala se (Fig.2) que la elocidad de co osión de
los ace os pul ime alú gicos disminuye con el iem-
po,
es deci , se mide una meno elocidad en el
ensayo ASTM G48 no malizado que en el modi i-
cado a 5 h. Lo con a io puede deci se de los ace os
con encionales. Además, el ensayo modi icado dis-
c imina mejo en e las p obe as sin e izadas con
di e en e po osidad inal.
El cambio en la po osidad supe icial, an es y
después del ensayo ASTM G48 modi icado, medido
en mic og a ías SEM, puede deduci se po compa-
ación de las igu as 3a y 3b. En las p obe as menos
densas no se p oducen cambios signi ica i os ni en
el po cen aje ni en la dis ibución po amaños de la
po osidad supe icial. En las p obe as más densas,
en cambio, se ap ecia un aumen o an o del po cen-
aje de po osidad, como del á ea media de los po os.
Así, la po osidad supe icial, an es y después del
ensayo es de 8,1 y 7,9 % (100 MPa); 5,2 y 5,1 %
(400 MPa); 3,1 y 3,4 % (700 MPa) y 2,3 y 4,1 %
(1.000 MPa) pa a las mues as comp imidas a las
p esiones señaladas. Po su pa e, el cincuen il de las
á eas de po o medidas en supe icie pasa, an es y
después del ensayo, de 0,9 a 0,8 jjim2 (100 MPa); de
250
-|
1
200 A
150 /
100 /
> 50 /
-50 / J
-100 / ^^
"150 -T*" /
-200 I , ; 1
1.E-10
1.E-08
1.E-06
1.E-04
1.E-02
1.E+00
I / á ea (A/cm2)
FIG.
1. — Cu a de pola ización del ace o 316L
pul ime alú gico p epa ado con 1.000 MPa.
FIG.
1. — Sin e ed 316L s eel pola iza ion
beha iou . Samples
we e
p epa edwi h 1,000 MPa.
138
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-ASTM
G48 -
-ASTM
G48 5h (a)
_ 14000
•o
"O
£ 12000
•5 10000
4000
100 MPa 400 MPa 700 MPa 1000 MPa
304L
316 316L
ace o
inoxidable
FIG.
2.— Velocidades de co osión de los ace os
inoxidables con encional y pul ime alú gico en el
ensayo ASTM G48 no mal y modi icado.
FIG.
2.— Co osión a es o olled and PM s eels
a e s anda d and modi ied ASTM G48 es s.
0,5 a 0,3 juim2 (400 MPa); de 0,3 a 0,4 ¡xm2 (700
MPa) y de 0,2 a 0,4 |xm2 (1.000 MPa).
Un compo amien o equi alen e se obse a al
compa a las medidas de po osidad supe icial ea-
lizadas median e mic oscopía óp ica, an es y des-
pués del ensayo ASTM G48 modi icado. Las igu-
as 4a y 4b p esen an, espec i amen e, la
dis ibución de la anchu a y la p o undidad de los
po os supe iciales de mues as comp imidas a 100
MPa, an o an es como después del ensayo ASTM
(b)
An es
del
ensayo
ASTM
G48
modi icado
-100 MPa
-«-400
MPa
-TA—700
MPa
-»~1000MPa
0,1 0,3 0,5 0,7 1.4 2 2,8
amaño
del
po o
(um2)
5,6 8 11,2
Después
del
ensayo
ASTM
G48
modi icado
;—•—100
MPa
-«-400
MPa
-A-700
MPa -
«—•—»—é
A A A A
0,3 0,5 0,7 1,4 2 2,8
amaño
del
po o
(|jm2)
FIG.
3.— Dis ibución de amaños de la po osidad
supe icial ( Jim2) medidos en mic og a ía SEM.
Fig. 3.— Size dis ibu ion (pm2) o su ace po osi y
as measu ed in SEM mic og aphs.
(a)
í
po os
~°o
10
5
0
I
H
ll
P obe as
de 100 MPa
D
an es
de
co osión
j •
después
de
ASTM
G48 modi icado.
1
I
íl W
!•
II
n- L
-jl
M •_,_
a
(c)
P obe as
de 100 MPa
1 | D
an es
de
co osión
^
•
después
de
ASTM
G48 modi icado.
u
l l~ a l -
Pm
,--. J
in e alos de anchu a (um)
P obe as
de 1000 MPa
O
an es
de
co osión
•
después
de
ASTM
G48 modi icado.
ll
ÜA
in e alos de p o undidad (um)
P obe as
de 1000 MPa
ll
D
an es
de
co osión
; _i
•
después
de
ASTM
G48 modi icado. | U
l I I I
in e alos de anchu a (um)
in e alos
de
p o undidad
(pm)
FIG.
4.— Dis ibución de las dimensiones de los po os supe iciales medidas median e mic oscopía óp ica.
FIG.
4.— Size dis ibu ion o su ace po osi y as measu ed in op ical mic og aphs.
Re .
Me al
Mad id,
34
(mayo),
1998 139
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L.
So ia
e
al.
/
Compo amien o
a la
co osión del ace o 316L sin e izado con dis in o g ado de po osidad
G48 modi icado.
No
puede deduci se
una
e olución
cla a
de las
dimensiones
de los
po os du an e
el
ensayo
de
co osión.
En las
igu as
4c y 4d se
ep esen an
las
mismas a iables pa a
las
mues as
comp imidas
a
1.000
MPa. Aquí,
se
ap ecia
que
la
co osión
ha
p oducido
un
cla o aumen o
de la
anchu a
y de la
p o undidad
de los
po os. Compo -
amien os in e medios
se han
obse ado
en las
mues as comp imidas
a
p esiones in e medias
en e
las
an e io es.
De acue do
con las
obse aciones an e io es,
se
es ima que
las
ele adas asas
de
elocidad
de
co o-
sión obse adas
en las
mues as menos densas
se
p oducen
po
co osión uni o me
de las
capas
supe iciales
de las
mismas,
que
p esen an
una
ele-
ada po osidad, su icien emen e abie a, como pa a
asegu a
una
buena eno ación
de las
especies
implicadas
en la
co osión. Es e mecanismo
a
modi icándose con o me
la
po osidad supe icial
es
más escasa
o
más
ce ada;
es
deci , pa a
las
p obe-
as
más
densas.
En
es e úl imo caso,
los
po os
supe iciales comienzan
a
ac ua como e dade os
núcleos
de
picadu as, a o eciendo
los
conocidos
enómenos co osi os
en el
in e io
de las
mismas.
Po ello, aunque
las
elocidades ne as
de
co osión
son meno es
en
los
ace os
más
densos,
el
aumen o
obse ado
en el
amaño
y
p o undidad
de los
po os
es sensiblemen e mayo .
En es e sen ido, debe en ende se
que las
p obe as
compac adas
a
700 MPa p esen en mayo pé dida
de
peso
en el
ensayo
de
inme sión
que las
p epa adas
a
1.000
MPa y, sin
emba go, es as úl imas desa ollen
una mayo "po osidad"
(=
picadu as) supe icial
que
las p ime as.
Es
deci ,
de
acue do
con las
expe ien-
cias ealizadas,
el
cambio
del
mecanismo
de
co o-
sión uni o me
a
co osión
po
picadu as
se
p oduce
cuando
la
po osidad disminuye
po
debajo
de un
15
%, ap oximadamen e (po osidad supe icial medida
po SEM in e io
al 2.5
%).
En odo caso, dado
que
las
picadu as pa ecen
gene a se
en la
po osidad p e ia,
no
end ía sen ido
habla
de
nucleación
de
picadu as
o, lo
que
es lo
mismo,
de
po encial
de
picadu as. Es e enómeno
queda co obo ado
po los
esul ados elec oquími-
cos ealizados. O os au o es
(13)
sí
han
mos ado
la posibilidad
de
pasi a
el
ace o inoxidable pul i-
me alú gico, pe o cuando
la
po osidad
no es
in e -
conec ada,
es
deci , pa a densidades supe io es
al
93
%,
ap oximadamen e.
4. CONCLUSIONES
Se
han
p epa ado mues as pul ime alú gicas
exen as
de
oxidación supe icial
con
po osidades
en e
el
9
y el 40 %.
Jun o
a
mues as
de
ace o con-
encional
han
sido some idas
a
ensayos
de
co osión
elec oquímicos
y
de
inme sión.
No se
ap ecia pasi-
ación
en los
ensayos elec oquímicos
de los
ace os
pul ime alú gicos
y su
elocidad
de
co osión
es
conside ablemen e más al a que
la de los
con encio-
nales,
disminuyendo
con el
iempo
de
ensayo.
El es udio
de la
e olución
del
amaño
de los
po os supe iciales pe mi e deduci
que
las
mues-
as
con
más
del 15 % de
po osidad su en
una
co osión
de
ipo uni o me, mien as que,
po
deba-
jo
de
dicho po cen aje
de
po osidad, comienza
a
apa ece co osión
po
picadu a.
Ag adecimien o
Los au o es exp esan
su
ag adecimien o
a
Mlle.
Sand ine Falipou
po
la
ealización
de
los
ensayos
de co osión. Es e abajo cuen a
con
la
inancia-
ción
del
p oyec o MAT
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