Corrosion asistida por esfuerzos.pdf

COMPORTAMIENTO DEL ALUMINIO 6061-T6 CUANDO ES SOMETIDO A LA COMBINACION DE CORROSION Y ESFUERZO

1. –JJtINXHZXXNTSXgtXYFYXgtFSItFZYMTWtUWTKNQJXtKTWtYMNXtUZGQNHFYNTStFYXtMYYUXX00\\\5WJXJFWHMLFYJ5SJY0UZGQNHFYNTS0mF.UUruBu
(678',2'(/&203257$0,(172'(/$/80,1,27&8$1'2(6
620(7,'$$&25526,21$6,67,'$325(6)8(5=2
(TSKJWJSHJ5FUJWt{t4T[JRGJWtm.8r
kfWDWf94–
.
AyDh–
Fgmm.
FZYMTWX
8TRJTKYMJFZYMTWXTKYMNXUZGQNHFYNTSFWJFQXT\TWPNSLTSYMJXJWJQFYJIUWTOJHYX
WJHMSTQTL^tFSItIZWFGNQNY^tTKtXZXYFNSFGQJtHTSHWJYJtHNJ\tUWTOJHY
–YZI^tTKtyQJHYWTHMJRNHFQtkTWWTXNTStNStWNYFSNZRtDQQT^Xt)k6mgtdDQóm–Sór-WómITtFSItdDQórHEtKTWtDJWTSFZYNHFQtDUUQNHFYNTSXtHNJ\tUWTOJHY
kFYFQNSFtbFWFRNQQT
DZYTSTRTZXtxSN[JWXNY^tTKt4ZJ[TtTJ?S
t6xáTfkDWf94–dddtkfWDWf94–ddd
–yyt6A9SfTy
SFHZSITtDQRJWF^FtkFQIJWTS
DZYTSTRTZXtxSN[JWXNY^tTKt4ZJ[TtTJ?St)xD4TE
t6xáTfkDWf94–dddtkfWDWf94–ddd
–yyt6A9SfTy
SWFSHNXHTtyXYZUN?FStTTUJ_
DZYTSTRTZXtxSN[JWXNY^tTKt4ZJ[TtTJ?S
t6xáTfkDWf94–dddtkfWDWf94–ddd
–yyt6A9SfTy
k5tGFTSFóWNGZWHNT
DZYTSTRTZXtxSN[JWXNY^tTKt4ZJ[TtTJ?S
t6xáTfkDWf94–dddtkfWDWf94–ddd
–yyt6A9SfTy
DQQtHTSYJSYtKTQQT\NSLtYMNXtUFLJt\FXtZUQTFIJItG^tkFYFQNSFtbFWFRNQQTtTStmutbZQ^tm.8U5
WMJtZXJWtMFXtWJVZJXYJItJSMFSHJRJSYtTKtYMJtIT\SQTFIJItKNQJ5

2. ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO DEL ALUMINIO 6061-T6 CUANDO ES SOMETIDA A
CORROSION ASISTIDA POR ESFUERZO .
C. Jaramillo Isaza
1
, F. Almeraya Calderon
1
, F. Estupiñan López
1
, C. Gaona Tiburcio
1
.
1
Universidad Autónoma de Nuevo León, UANL. Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, FIME.
Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica, CIIIA. Carretera a Salinas Victoria Km.
2.3, Aeropuerto Internacional de Norte. Apocada, Nuevo León, México.
correo: [email protected]
RESUMEN
Cuando existe un esfuerzo mecánico sobre un metal o aleación que se encuentre en un medio
corrosivo, puede originarse el debilitamiento del material metálico y posteriormente su rotura por
Corrosión Asistida por Esfuerzo (SCC), estos problemas se presentan frecuentemente en
componentes automotrices y aeronáuticos, en este último caso principalmente en el fuselaje y
superficies remachadas de los aviones. Uno de los materiales más ampliamente utilizados en
este ramo es el aluminio, debido a sus características de resistencia a la corrosión y baja
densidad. El objetivo de este estudio es la evaluación del comportamiento tensión-deformación
y la susceptibilidad de aluminio 6061-T6 a sufrir corrosión asistida por esfuerzo en ambientes
salinos y cáusticos. Se realizaron ensayos de Corrosión Asistida por Esfuerzo con la máquina
CERT (Constant Extension Rate Test), aplicando de forma simultánea pruebas de impedancia y
de ruido electroquímico en corriente y en potencial, para determinar la velocidad de corrosión y
su mecanismo, con el fin de evaluar el desempeño del material.
ABSTRACT
When there is a mechanical stress on a metal or alloy found in a corrosive environment, it might
originate the weakening of the metallic material and lead to rupture by means of Stress
Corrosion Cracking (SCC), these problems are often found in automotive and aeronautical
components , the latter mainly on the fuselage and riveted surfaces of the airplanes. One of the
most widely used materials for these components is Aluminum, due to its corrosion resistance
and low density characteristics. The objective for this study is to evaluate the behavior tension-
deformation and the susceptibility of Aluminum 6061-T6 to suffer SCC in salty and caustic
environments. SCC tests were performed using a CERT machine, applying simultaneously

3. impedance and electrochemical noise tests for current and potential, to determine corrosion
speed and its mechanism, to evaluate the material's performance.
Palabras Claves: Al 6061-T6, Corrosión, Esfuerzo, Electroquímicas
1. INTRODUCCIÓN
Para la industria aeronáuticala corrosión siempre ha sido un problema importante en el
mantenimiento de los aviones, incurriendo en altos gastos para el estudio y prevención de la
formación de esta en algunos elementos indispensables para el servicio, lo cual puede conducir
a la no disponibilidad de las aeronaves y en casos extremos, a una falla catastrófica
[1]
. El
ataquepuede tener lugar sobre una superficie entera, ose puede presentar en las rendijas de
los ensambles, ocasionando un ataque localizado y generando picaduras profundas haciendo
que los agentes corrosivos se puedan difundir en los límites de grano y provocando un ataque
intergranular. Los esfuerzos externos o las cargas existentes en la estructura metálica
enconjunto con el ambiente atmosférico, pueden provocar mecanismos de degradación
quecombinados ocasionan agrietamientos del material por tensión y fatiga
[2]
.
Uno de los materiales más utilizados en las estructuras de los aviones comerciales y
ultralivianos son las aleaciones de aluminio serie 6XXX,estas estáncompuestas por silicio y
magnesio en proporciones tales para obtener silicato de magnesio, lo cual las hacen tratables
térmicamente.La aleación de estudio para este articulo es la 6061-T6 a la cual se le realiza un
tratamiento térmico de solución con envejecimiento artificial, para darle buena resistencia a la
corrosión, buena formabilidad y buena capacidad para ser mecanizada
[3]
.Este material ha
demostrado consistentemente la resistencia favorable a la corrosión debido que al reaccionar
espontáneamente con el oxígeno forma en la superficie óxido de aluminio (4Al + 3O2 → 2Al2O3);
aunque esta es una reacción degradante, la capa de óxido es tan delgada que tiene poco efecto
en el material sin carga y tiende a entrar a un estado pasivo, sin embargo, cuando el material se
somete a un esfuerzo, la capa de óxido protectora se deforma, ocasionando que el aluminio se
empiece a oxidar. La capa de óxido de aluminio también es soluble en ciertos ambientes pero
tiende a degradarse cuando se encuentran en ambientes salinos o cáusticos.
Las aleaciones de aluminio utilizadas en aeronáutica se endurecen mediante el empleo de
elementos aleantes capaces de formar precipitados del tipo G-P (Guinier y Preston) con el

4. aluminio, lo que se denomina envejecimiento. El efecto de incrementar la resistencia mecánica
va acompañado de una disminución en la resistencia a la corrosión debida a la formación de
sitios anódicos, asociados a la presencia de estos precipitados
[4]
, lo que las hace más
susceptibles a un deterioro inminente del material. En trabajos anteriores se ha estudiado muy
superficialmente la influencia que ejerce la corrosión asistida por esfuerzo en los aluminios serie
6000 cuando están en un ambiente caustico, especialmente desde la perspectiva de la
aeronáutica
[5]
.
Por esta razón, el estudio se enfatizó en colocar la aleación de aluminio 6061-T6 en NaOH
3.5% y con fines comparativos en NaCl 3.5%, que es un medio de prueba más típico, y cuyo
comportamiento se puede encontrar en la literatura.A diferencia de lo encontrado en la
literatura, se realizaron los ensayos CERT bajo la acción de un esfuerzo de tensióncon el
material inmerso en el medio, y en forma simultánea se realizó la prueba electroquimica de
ruido, con lo que se puede obtener mayor información respecto de la forma en que esta
ocurriendo el mecanismo, y como se están entrelazando los procesos de corrosión y
deformación.
2. METODOLOGIA DE EXPERIMENTACIÓN
Para el estudio se utilizo una aleación de aluminio 6061-T6 (Al–Mg–Si–Fe) cuya composición
química y propiedades se muestra en laTabla 1 y 2.
COMPOSICIÓN QUIMICA
Si Fe Cu Mg Cr Zn Ti
0.4-0.8 0.7 máx. 0.15-0.40 0.8-1.2 0.04-0.35 0.25 máx. 0.015
Tabla 1. Composición Química 6061-T6
[6]
Aleación
Tensión Dureza Corte Fatiga Modulo
Resistencia (MPa) Elongación en
50.8 mm
BrinellUltimo de
corte
Limite
a la
Fatiga
Modulo de
Elasticidad
MPaX10
3
UltimoCedencia
1.58
mm de
espesor
12.7 mm
de
Diámetro
500kg
Bola de
10mm
Resistencia
MPa MPa
6061-T6 310.26 275.79 12 17 95 206.84 96.52 68.95
Tabla 2. Propiedades Mecánicas 6061-T6
[6]

5. Se realizaron pruebas mecánicas en el equipo CERT (Cortest)con dos tipos de medios (NaCl
3.5% y NaOH 3.5%), controlando las condiciones ambientales, como temperatura, pH y
concentración. Las muestras se maquinaron según la norma ASTM G129
[7]
Los especímenes
ensayados fueron caracterizados empleando el estereoscopio y el microscopio electrónico de
barrido (MEB).
Figura 1. Probetas estándar según la Norma ASTM G129
Figura 2. Maquina CERT (Cortest) CIIIA-UANL
La técnica de ruido electroquímico se aplico con el equipo Galvanostato-Potenciostato GillAC,
en una solución de NaCl al 3.5% y una solución NaOH al 3.5%, usando una sistemacon arreglo
convencionalde tres electrodos. En los sistemas de prueba fueron utilizados como electrodos de
trabajoel 6061-T6, conuna superficie de electrodoactiva de 1cm
2
, un electrodo de Calomel es
utilizado comoelectrodo de referencia, y un contra electrodo de Grafito. Se midió el potencial a

6. circuito abierto (OPC). Las series de tiempo se obtuvieronmonitoreando 1024 puntos,
capturando información1 dato por segundo.
Figura 3. Galvanostato-Ponteciostato (GillAC) CIIIA-UANL
Después de realizadas las pruebas en la maquina CERT y las pruebas electroquímicas se
analizo la pieza por medio de estereoscopio y microscopio electrónico de barrido (MEB)
Figura 4. Estereoscopio y Microscopio Electrónico de Barrido CIIIA-UANL

7. 3. RESULTADOS Y ANALISIS
3.1 Pruebas Mecánicas:
Después de realizar las pruebas de corrosión asistida por esfuerzo bajo la norma ASTM G129 y
se determinaron los valores de esfuerzo de fluencia, esfuerzo ultimo y se compararon con los
datos teóricos del material, los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 3.
Material
Esfuerzo
Cedencia
Teórico (MPa)
Esfuerzo
Ultimo Teórico
(MPa)
Medio
Esfuerzo
Cedencia
(MPa)
Esfuerzo
Ultimo (MPa)
6061-T6 275.79 310.26
NaCl 3.5% 279.42 321.39
NaOH 3.5% 254.14 286.79
Tabla 3. Cuadro comparativo datos teóricos con respecto a las prueba realizadas.
Figura 5. Grafica Esfuerzo Vs Deformación Al6061-T3.
En la Figura 5 se muestra la comparación de los medios analizados, mostrando que el medio
más agresivo NaOH influye en la resistencia mecánica del material viendo una disminución en
el esfuerzo de fluencia de 9.05%, y en el esfuerzo ultimo de 10.7% con respecto al medio
NaCl,donde los valores se encuentran por encima de los valores teóricos.

8. 3.2 Análisis Metalográficos:
Con el Microscopio electrónico de barrido se pudieron observar las fracturas del material en
cada medio. Las micrografías para ambos casos se muestran en la Figura 6, donde se puede
apreciar claramente la diferencia morfológica respecto a la deformación.
(a)
(b)
Figura 6.Micrografías de la fractura en los medios de prueba: (a) NaOH y (b) NaCl al 3.5%.
3.3 Ensayos Electroquímicos:
Con la técnica de ruido electroquímico realizado simultáneamente a la prueba de corrosión
asistida por esfuerzo se presentan las series de tiempo en corriente y en potencial que se
presentan cuandose encuentra en un medio agresivo. En la Figura 7 se puede observar que al

9. comparar los dos medios intensidad de la señal es mucho mayor en la muestra inmersa en
NaOH,se observa una frecuencia mas alta
[9,10]
.
Figura 7.Series de tiempo Corriente y potencial contra el tiempo.
4. CONCLUSIONES
En la Prueba de corrosión asistida por esfuerzo con la maquina CERT se puede
observar que cuando la muestra está inmersa en el NaOH presenta una disminución del
10% aproximadamente en sus propiedades mecánicas, haciendo que el material tenga
bajo esfuerzo de cedencia y esfuerzo ultimo.
La falla presentada en la muestras inmersas en NaCl fue debido a la tensión mecánica
que estaba sometido, la fractura ocurrió muy cerca de los valores de cedencia y ultimo
teóricos. Este medio no influyó para que ocurriera la fractura de la muestra, que tampoco
sufrió corrosión, no hubo evidencia de picado.
Ambas muestras presentaron una fractura dúctil tipo copa-cono.
La técnica de ruido electroquímico aplicada simultáneamente con los ensayos CERT,
muestra el comportamiento que tiene el material en un proceso de corrosión y permite

10. determinar la morfología del deterioro del material cuando está sometido a ambientes
salinos y cáusticos.
5.REFERENCIAS
1. Benavides S. Corrosion control in the aerospace industry US Coast Guard. Woodhead
Publishing Limited. UK. 2009.
2. Gaona Tiburcio C, Zambrano Robledo P, Martínez Villafañe A, Almeraya Calderón F.
Corrosión en la industria aeroespacial. En Valdez Salas B, & Schorr Wiener M (Eds.). Corrosión
y preservación de la infraestructura industrial. Barcelona, España: OmniaScience; 2013. pp. 33-
48.
3.Materiales Aeronáuticos Aleaciones no ferrosas: El aluminio aleado y el titanio aleado, sus
aplicaciones en aeronáutica "Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ingeniería
Departamento de Aeronáutica.
4.E.P. Short and P. Sheasby., Trans. Inst. Metal Finish, 47, 27 (1969).
5.M. D. Navarro, R. Vogt, Stress-Assisted Corrosion of Aluminum 6061 in Basic
Solution,California State University, Sacramento, USA,2013.
6.http://www.tecniaceros.com/pdfs/aluminio.pdf
7. ASTM G 129, Standard Practice for Slow Strain Rate Testing to Evaluate the Susceptibility of
Metallic Materials to Environmentally Assisted Cracking.2013.
8. ASTM B 211M. Standard Specifcation for Aluminum and Aluminum – Alloy Bar, Rod,
and Wire. 1995.
9.Mansfeld F, Xiao H. Electrochemical noise analysis of iron exposed to NaCl solutions of
different corrosivity. J Electrochem Soc. 1993; 140: 2205.
10. Cots PA, Turgoose S. Electrochemical Impedance and Noise. Corrosion Testing Made

11. Easy. Series NACE. Houston, TX, USA; 1999.
11. T. Haruna, T. Kouno, S.Fujimoto, Electrochemical conditions for environment-assisted
cracking of 6061 Al alloy Department of Materials Science and Processing, Graduate School of
Engineering, Osaka University, 2-1Yamada-oka, Suita, Osaka 565-0871, Japan Received 29
August 2004; accepted 22 October 2004 Available online 24 May 2005.
12. A. Monsalve , M. Toledano , M. Páez, A. Artigas, A. Castillo y Y. Sepúlveda, Efecto de un
recubrimiento del tipo sol-gel en la vida a fatiga de la aleación de aluminio 2024-T3, Dpto.
Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Ingeniería, USACH, Santiago, Chile.2011
View publication statsView publication stats