Try new version of 1Library.Co. Faster and easier to read Try it now ×

Soldabilidad de aceros HSLA termogalvanizados

0
0
308
1 day ago
PDF Preview
Full text
(1)S0LDÄÖ1JDÄ0 DE. ACmM. m^mxmymiijmm. m-A.

(2)

(3) 1020149043.

(4) UNIVERSIDAD AUTONOMA DE NUEVO LEON FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA DIViS'ON DE ESTUDIOS DÉ POSGRADO. SOLDABILIDAD DE ACEROS HSLA TERMOGALVANIZADOS. TESIS QUE PARA OBTENER E l GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERIA MECANICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES. P R E S E N T A :. JOSE ALBERTO NIETO MARTINEZ.

(5) JîSJJ?. TM -¿ si S3 <13-. f I H. e.

(6) SOLDABILIDAD DE ACEROS HSLA TERMOGALVANIZADOS. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MECÁNICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES. PRESENTA. JOSÉ ALBERTO NIETO MARTÍNEZ.

(7) SOLDABILIDAD DE ACEROS HSLA TERMOGALVANIZADOS. TESIS QUE PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS DE LA INGENIERÍA MECÁNICA CON ESPECIALIDAD EN MATERIALES. PRESENTA JOSÉ ALBERTO NIETO MARTÍNEZ.

(8) Los m i e m b r o s del comité de tesis r e c o m e n d a m o s que la tesis "Soldabilidad de Aceros H S L A Termogalvanizados", realizada por el alumno José Alberto Nieto Martínez, matrícula 0799194, sea aceptada para su defensa c o m o opción al grado de Maestro en Ciencias de la Ingeniería Mecánica con Especialidad en Materiales.. El Comité de Tesis. Asesor Dra. Martha Patricia Guerrero Mata.. San Nicolás de los Garza, N.L. Julio 2003.

(9) A Dios por p e r m i t i r m e vivir este m o m e n t o. A mi m a d r e y h e r m a n o s , p o r t o d o el apoyo b r i n d a d o. A mi n o v i a Liliana G a r z a p o r su a p o y o y c o m p r e n s i ó n.

(10) AGRADECIMIENTOS. A g r a d e z c o a la U n i v e r s i d a d A u t ó n o m a d e N u e v o L e ó n p o r el a p o y o b r i n d a d o en m i s estudios de p o s t g r a d o a si m i s m o a g r a d e z c o a la Facultad de Ingeniería M e c á n i c a y Eléctrica. Se a g r a d e c e los a p o y o s e c o n ó m i c o s b r i n d a d o s p o r el C O N A C Y T y S I R E Y E S para realizar el p r e s e n t e t r a b a j o . T a m b i é n se agradece el a p o y o del P A I C Y T ( U A N L ) para la t e r m i n a c i ó n d e este trabajo. A la e m p r e s a G a l v a k S. A. de C. V. por el material d o n a d o p a r a la realización de esta investigación así c o m o a t o d o el personal q u e labora en esta e m p r e s a , p r i n c i p a l m e n t e al Ing. R e n e G a r z a y al Ing. A n t o n i o M a n í M e d r a n o . A la Dra. M a r t h a Patricia G u e r r e r o por el e n t u s i a s m o , p a c i e n c i a y apoyo recibido d u r a n t e la realización de este trabajo. Al Dr. R a f a e l C o l á s Ortiz, por sus valiosos c o m e n t a r i o s y p o r la atención p r e s t a d a a este trabajo. Al Dr. Sergio H a r o R o d r í g u e z p o r la revisión de este t r a b a j o . A los P r o f e s o r e s del P D I M . Al personal del d e p a r t a m e n t o d e investigación y d e s a r r o l l o d e la e m p r e s a G a l v a k S. A. de C. V. (Ing. A n t o n i o Sánchez, Ing. N e l l y C á r d e n a s , Ing. C a r m e n Guerrero y Abel González): A t o d o s m i s c o m p a ñ e r o s del P D I M ..

(11) PROLOGO. E n el p r e s e n t e t r a b a j o de investigación se r e p o r t a n los resultados o b t e n i d o s del estudio d e los p a r á m e t r o s q u e c o n t r o l a n el p r o c e s o d e s o l d a d u r a de resistencia p o r p u n t o s d e lámina t e r m o galvanizada. L a complejidad del p r o c e s o de soldadura p o r p u n t o s sobre p r o d u c t o s d e a c e r o recubiertos h a c e necesario el estudio d e c a d a u n o d e los parámetros. de. soldadura. y. de. las. características. del. substrato. de. acero. y. del. recubrimiento. El c o n o c i m i e n t o del e f e c t o de las variables del p r o c e s o d e s o l d a d u r a sobre la integridad de la unión, permite el u s o d e las condiciones ó p t i m a s o p e r a t i v a s p a r a g e n e r a r las m e j o r e s p r o p i e d a d e s en las z o n a s d e unión.. E s t e t r a b a j o sirve c o m o a n t e c e d e n t e para el desarrollo d e p r o y e c t o s d e investigación particulares en los q u e es posible estudiar la o p e r a c i ó n d e s o l d a d u r a d e g r a d o s especiales de a c e r o s recubiertos de alto requerimiento y alto valor a g r e g a d o para aplicaciones a u t o m o t r i c e s . El recubrimiento T e r m o g a l v a n i z a d o existente sobre el a c e r o h a c e a ú n m á s c o m p l e j o el p r o c e s o d e s o l d a d u r a d e estos materiales y r e p r e s e n t a u n reto metalúrgico adicional al simple p r o c e s o de s o l d a d u r a d e a c e r o , p o r lo q u e es necesario e n t e n d e r y c o n t r o l a r el e f e c t o del recubrimiento sobre la soldabilidad.. L a principal contribución d e este t r a b a j o d e investigación es la g e n e r a c i ó n. de. r e s u l t a d o s q u e p e r m i t e n el entendimiento de las variables q u e c o n t r o l a n el p r o c e s o d e s o l d a d u r a d e p r o d u c t o s recubiertos y, en consecuencia, el impulso q u e se genera p a r a el desarrollo d e p r o y e c t o s q u e f a v o r e z c a n el fortalecimiento t e c n o l ó g i c o , el diseño y la fabricación d e n u e v o s p r o d u c t o s d e alto valor t e c n o l ó g i c o y estratégico.. M . C. A n t o n i o M a n í M e d r a n o.

(12) ÍNDICE. RESUMEN. INTRODUCCIÓN. Página. Capítulo. I.. II.. A C E R O S DE A L T A RESISTENCIA BAJA A L E A C I Ó N (HSLA).. 1.1. I n t r o d u c c i ó n a los aceros H S L A .. 1. 1.2. E f e c t o de los e l e m e n t o s aleantes e n los aceros H S L A .. 2. 1.2.1. E l e m e n t o s mi ero aleantes.. 2. 1.2.2. E l e m e n t o s substitutos d e aleación.. 4. 1.2.3. E l e m e n t o s de i m p u r e z a s .. 5. 1.3. P r o c e s a m i e n t o t e r m o m e c á n i c o d e los a c e r o s H S L A .. 7. 1.4. Características de los aceros H S L A .. 9. GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE.. 2.1. Introducción.. 10. 2.2. P r o c e s o s d e g a l v a n i z a d o continuo.. 10. 2.2.1. Formación de compuestos intermetálicos.. 14. 2.2.1.1 F o r m a c i ó n de c o m p u e s t o s F e - A l .. 15. 2.2.1.2 G e n e r a c i ó n d e los cristales C, y 6 sobre la s u p e r f i c i e d e los g r a n o s d e ferrita. 2.2.1.3 R e a c c i ó n de explosión.. 16 18.

(13) 2.2.2. 2.3. 20. 2.2.2.1 D i a g r a m a de fase F e - Z n .. 20. 2.2.2.2 R e a c c i o n e s cinéticas F e - Z n .. 23. 2.2.2.3 Equilibrio Fe-Zn-Al.. 25. P r e p a r a c i ó n d e la s u p e r f i c i e del acero.. 30. 2.3.1. D e s e n g r a s e alcalino.. 30. 2.3.2. Decapado.. 30. 2.3.3. L i m p i e z a abrasiva.. 30. 2.3.4. Fundentes.. 31. 2.4. E f e c t o d e los e l e m e n t o s d e aleación.. 31. 2.5. E f e c t o del tratamiento térmico.. 31. 2.6. F a c t o r e s q u e afectan el espesor del r e c u b r i m i e n t o y su estructura.. 32. 2.6.1. C o m p o s i c i ó n q u í m i c a del acero.. 32. 2.6.2. T e m p e r a t u r a en el b a ñ o de Zn.. 33. 2.6.3. C o n d i c i o n e s superficiales en el acero.. 33. 2.6.4. C o m p o s i c i ó n q u í m i c a en el b a ñ o d e Z n .. 33. 2.6.4.1 C a p a d e inhibición F e - A l .. 34. 2.6.5. G r a d o de secado, s a c u d i d o o c e n t r i f u g a d o .. 36. 2.6.6. V e l o c i d a d de e n f r i a m i e n t o d e la l á m i n a .. 36. 2.7. P r o p i e d a d e s m e c á n i c a s del r e c u b r i m i e n t o y acero.. 37. 2.8. Proceso de termogalvanizado.. 37. 2.8.1 C r e c i m i e n t o d e los c o m p u e s t o s i n t e r m e t á l i c o s .. 39. V a r i a b l e s del p r o c e s o d e t e r m o g a l v a n i z a d o .. 41. 2.9. III.. E q u i l i b r i o d e las fases y cinética.. SOLDADURA POR RESISTENCIA ELÉCTRICA.. 3.1. Introducción.. 44. 3.2. P r o c e s o s de s o l d a d u r a por resistencia eléctrica.. 45. 3.3. F u n d a m e n t o s del p r o c e s o d e s o l d a d u r a p o r resistencia.. 47. 3.4. S o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica p o r p u n t o s .. 57.

(14) 3.4.1. F u n d a m e n t o s del proceso d e s o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica p o r puntos.. 3.5. 3.6. IV.. 57. I n f l u e n c i a individual d e p a r á m e t r o s en el p r o c e s o d e s o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica por puntos.. 59. 3.5.1. Influencia d e la corriente.. 59. 3.5.2. Influencia del t i e m p o de flujo d e corriente.. 59. 3.5.3. I n f l u e n c i a d e la f u e r z a del electrodo.. 60. D e s g a s t e en los electrodos.. 61. 3.6.1. 62. F o r m a c i ó n d e latón en la cara del electrodo.. 3.7. C u r v a d i n á m i c a de resistencia.. 62. 3.8. S o l d a b i l i d a d d e los aceros recubiertos.. 63. 3.9. Fallas en soldaduras.. 64. 3.10. E s f u e r z o s residuales en la soldadura.. 66. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.. 4.1. Introducción.. 67. 4.2. C o n d i c i o n e s de p r o c e s a m i e n t o de la l á m i n a. 67. 4.2.1. C a r a c t e r i z a c i ó n de la lámina.. 68. 4.2.1.1 M e d i c i ó n d e r u g o s i d a d .. 68. 4.2.1.2 E n s a y o s d e tensión.. 69. I n s p e c c i ó n del metal base.. 70. 4.2.2.1 Análisis químico.. 70. 4.2.2.2 Análisis óptico.. 72. 4.2.2.3 Ensayos de microdureza.. 72. 4.2.2.4 Preparación de las m u e s t r a s .. 73. I n s p e c c i ó n del r e c u b r i m i e n t o .. 74. 4.2.3.1 Análisis q u í m i c o .. 74. 4 . 2 . 3 . 2 Análisis óptico.. 75. 4.2.3.3 P e s o del r e c u b r i m i e n t o .. 76. 4.2.2. 4.2.3.

(15) 4.2.3.4 P r u e b a s d e doblez. 4.3. 4.4. V.. 76. D i s e ñ o d e e x p e r i m e n t o s para las m u e s t r a s s o l d a d a s .. 78. 4.3.1. R e a l i z a c i ó n experimental.. 80. 4.3.2. M e d i c i ó n en las soldaduras.. 82. 4.3.2.1 E n s a y o s d e t e n s i ó n d e s o l d a d u r a s .. 82. 4.3.2.2 E n s a y o s d e m i c r o d u r e z a .. 82. 4.3.2.3 A n á l i s i s m i c r o e s t r u c t u r a l .. 85. 4.3.2.4 M e d i c i ó n d e p a r á m e t r o s del b o t ó n de soldadura.. 85. A n á l i s i s del electrodo.. 88. 4.4.1. Rugosidad.. 88. 4.4.2. D i á m e t r o d e la cara.. 88. 4.4.3. C o m p o s i c i ó n química.. 89. 4.4.4. Microestructura.. 89. 4.4.5. Microdureza.. 90. 4.4.6. Geometría.. 90. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.. 5.1. Introducción.. 91. 5.2.. C o n d i c i o n e s d e p r o c e s a m i e n t o de la lámina.. 91. 5.3. Material.. 93. 5.3.1. P r u e b a s d e tensión.. 93. 5.3.2. Rugosidad.. 94. 5.3.3. I n s p e c c i ó n del metal base.. 95. 5.3.3.1 Análisis microestructural.. 95. 5.3.3.2 Análisis q u í m i c o .. 96. 5.3.3.3 M i c r o d u r e z a .. 96. Inspección del recubrimiento.. 97. 5.3.4.1 Análisis óptico.. 97. 5.3.4.2 Análisis q u í m i c o .. 98. 5.3.4.

(16) 5.3.4.3 P e s o del r e c u b r i m i e n t o .. 99. 5.3.4.4 P r u e b a s d e integridad.. 100. 5.4. E n s a y o s p r e l i m i n a r e s de soldadura.. 100. 5.5. I n s p e c c i ó n d e las soldaduras.. 101. 5.5.1. E n s a y o s d e tensión.. 101. 5.5.2. I n s p e c c i ó n visual de la s u p e r f i c i e d e las s o l d a d u r a s .. 103. 5.5.3. I n s p e c c i ó n visual del b o t ó n d e soldadura.. 113. 5.5.4. M e d i c i o n e s en el b o t ó n d e soldadura.. 122. 5.5.5. M i c r o d u r e z a a través del b o t ó n d e s o l d a d u r a .. 127. 5.5.6. A n á l i s i s microestructural en el c e n t r o del b o t ó n d e soldadura.. VI.. 131. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.. 6.1. Conclusiones.. 132. 6.2. Recomendaciones.. 135. Referencias Bibliográficas.. 137. Anexo 1. 141. Anexo 2. 142. Anexo 3. 143. Anexo 4. 152. Anexo 5. 157.

(17) RESUMEN. El o b j e t i v o f u n d a m e n t a l d e e s t e t r a b a j o f u e a n a l i z a r e l e f e c t o d e a l g u n a s v a r i a b l e s operativas del p r o c e s o d e s o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica p o r p u n t o s , características. físicas. sobre las. y p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s del b o t ó n d e s o l d a d u r a en un acero. HSLA termogalvanizado.. Las variables del p r o c e s o d e s o l d a d u r a utilizadas d u r a n t e el t r a b a j o d e investigación f u e r o n las siguientes:. •. Corriente.. •. T i e m p o d e aplicación d e corriente.. •. Tiempo de sostenimiento.. •. P u l s o s d e corriente.. El p r o c e d i m i e n t o e x p e r i m e n t a l formación. del. botón. de. se realizó en un intervalo d e corriente d e s d e la. soldadura. hasta. la. expulsión. de. material. líquido.. Las. características del b o t ó n d e s o l d a d u r a se e v a l u a r o n a partir d e u n a i n s p e c c i ó n visual así c o m o m e d i a n t e análisis m e t a l o g r á f i c o s , ensayos d e t e n s i ó n y d e m i c r o d u r e z a .. T a m b i é n se realizó u n a caracterización de la l á m i n a y del electrodo utilizado d u r a n t e la e x p e r i m e n t a c i ó n , con la finalidad de asegurarse d e c u m p l i r c o n un e s t á n d a r de t r a b a j o a d e m á s de servir d e r e f e r e n c i a para investigaciones f u t u r a s ..

(18) INTRODUCCION. L a s o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica p o r p u n t o s es el p r o c e s o de u n i ó n. más. a m p l i a m e n t e utilizado p a r a e n s a m b l a r h o j a s d e m e t a l y se b a s a en la resistencia q u e o f r e c e n los m a t e r i a l e s al p a s o de la corriente y consiste b á s i c a m e n t e d e c u a t r o p a s o s q u e son s u j e c i ó n , a p l i c a c i ó n d e corriente, s o s t e n i m i e n t o y liberación.. En los ú l t i m o s a ñ o s , los d i s e ñ a d o r e s d e la industria a u t o m o t r i z h a n tratado d e tener un b u e n c o n t r o l del p r o c e s o de soldadura p o r resistencia eléctrica p o r p u n t o s , con la finalidad. de. mejorar. la. soldabilidad. de. aceros. recubiertos.. Lamentablemente. la. soldabilidad d e los aceros recubiertos p r e s e n t a m á s p r o b l e m a s q u e los materiales sin recubrimiento. d e b i d o a las características. físicas. y q u í m i c a s d e los. intermetálicos. f o r m a d o s d u r a n t e el p r o c e s a m i e n t o del recubrimiento.. L a variación d e los p a r á m e t r o s del proceso de s o l d a d u r a p o r resistencia eléctrica p o r p u n t o s , a f e c t a la s o l d a b i l i d a d del material. D e b i d o a q u e la s o l d a b i l i d a d d e los aceros t e r m o g a l v a n i z a d o s u t i l i z a d o s en la industria a u t o m o t r i z d e b e c u m p l i r con los estándares establecidos p o r las c o m p a ñ í a s e n s a m b l a d o r a s d e partes, p o r tal m o t i v o se decidió realizar un d i s e ñ o e x p e r i m e n t a l v a r i a n d o algunos d e los p a r á m e t r o s del p r o c e s o con la finalidad. d e d e t e r m i n a r los p a r á m e t r o s q u e generaran las m e j o r e s p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s. del botón d e s o l d a d u r a , a d e m á s d e d e t e r m i n a r el c o m p o r t a m i e n t o d e los p a r á m e t r o s variados d u r a n t e la e x p e r i m e n t a c i ó n ..

(19) CAPÍTULO I. ACEROS DE ALTA RESISTENCIA BAJA ALEACIÓN (HSLA).. 1.1 INTRODUCCIÓN A LOS ACEROS HSLA.. L o s aceros c o n o c i d o s c o m o de alta resistencia b a j a aleación ( p o r s u s siglas en inglés H S L A ) p r o v e e n u n i n c r e m e n t o d e resistencia c o n t r a el factor p e s o , p o r un m í n i m o i n c r e m e n t o en el c o s t o d e elaboración.. L a r a z ó n p o r la cual los aceros H S L A h a n llegado a t e n e r u n a gran i m p o r t a n c i a en la industria a u t o m o t r i z es p o r q u e son aceros m á s fuertes q u e los c o n v e n c i o n a l e s , p o r lo q u e éstos p u e d e n ser utilizados en secciones m á s d e l g a d a s r e a l i z a n d o el m i s m o d e s e m p e ñ o m e c á n i c o r e q u e r i d o , h a c i é n d o l o s p a r t i c u l a r m e n t e m á s atractivos p a r a los e q u i p o s d e transportación d o n d e la r e d u c c i ó n de p e s o es m u y i m p o r t a n t e .. L o s aceros H S L A s o n que. un. acero. mecánicas. d i s e ñ a d o s para p r o p o r c i o n a r m e j o r e s p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s. convencional,. especificas. más. éstos son que. con. designados para una. composición. cumplir química. con. propiedades. especifica.. La. c o m p o s i c i ó n q u í m i c a d e u n acero H S L A p u e d e variar, d e p e n d i e n d o del e s p e s o r de la l á m i n a para c u m p l i r c o n los r e q u e r i m i e n t o s m e c á n i c o s solicitados..

(20) 1.2 EFECTO DE LOS ELEMENTOS ALEANTES EN LOS ACEROS HSLA.. La c o m p o s i c i ó n q u í m i c a de los aceros H S L A es d e t e r m i n a d a p o r su resistencia, tenacidad, d u c t i l i d a d y soldabilidad. L o s e l e m e n t o s d e aleación c o m ú n m e n t e u s a d o s y e l e m e n t o s d e i m p u r e z a s p u e d e n ser c a t e g o r i z a d o s en tres g r u p o s d e p e n d i e n d o de su i n f l u e n c i a sobre las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s d e los a c e r o s ' " :. 1.. E l e m e n t o s m i c r o a l e a n t e s : N b , V, Ti, Al y B.. 2.. E l e m e n t o s substitucionales: Si, M n , M o , Cu, Ni y Cr.. 3.. I m p u r e z a s y e l e m e n t o s u s a d o s para su control: P, Si, Ca, Z r y tierras raras.. Los e l e m e n t o s d e aleación de los dos p r i m e r o s g r u p o s c o n t r o l a n , p r i n c i p a l m e n t e , la resistencia y t e n a c i d a d , así c o m o la t r a n s f o r m a c i ó n m i c r o e s t r u c t u r a l , e n t a n t o q u e l o s e l e m e n t o s del tercer g r u p o afectan la ductilidad. El C y N desarrollan un papel m u y i m p o r t a n t e en la s o l d a b i l i d a d , un ó p t i m o nivel del c o n t e n i d o d e C es d e t e r m i n a n t e sobre las p r o p i e d a d e s del m e t a l b a s e y soldabilidad ( l ) .. 1.2.1 ELEMENTOS MICROALEANTES.. A d i t i v o s d e a l e a c i ó n s o n aquellos q u e p u e d e n c a u s a r una r e m a r c a d a o e s p e c í f i c a i n f l u e n c i a en las p r o p i e d a d e s y microestructura; c u a n d o éstos s o n a d i c i o n a d o s. en. c o n c e n t r a c i o n e s m e n o r e s a 0 . 1 0 % en peso, se les l l a m a e l e m e n t o s microaleantes. La efectiva y r a c i o n a l utilización d e los e l e m e n t o s m i c r o a l e a n t e s c o m o N b , V o Ti, p r o v e e n un. incremento. en. la. resistencia. y. tenacidad. alcanzada. por. procesamiento. t e r m o m e c á n i c o , p or e sto 1 a i m p o r t a n c i a d el e n t e n d i m i e n t o d el c o m p o r t a m i e n t o d e los e l e m e n t o s m i c r o a l e a n t e s c o m o lo es la solubilidad, p r e c i p i t a c i ó n d e c a r b u r o s o nitruros y retardo d e la recristalización austenítica ( 1 ) .. N b , V y Ti tienen d i f e r e n t e s a f i n i d a d e s con el c a r b o n o y n i t r ó g e n o en la fase austenita (y) y esto c a u s a las d i f e r e n c i a s en solubilidad d e los p r o d u c t o s d e c a r b o n o y nitruros en.

(21) los r e s p e c t i v o s e l e m e n t o s microaleantes, c o m o se m u e s t r a e n la Figura 1.1. En el intervalo d e t e m p e r a t u r a 1100-1250 °C, c o m ú n m e n t e c o n o c i d a c o m o t e m p e r a t u r a de r e c a l e n t a m i e n t o , el T i N es el c o m p u e s t o m á s estable y el V C el m á s soluble en y. N b C y T i C caen entre los dos. L a cantidad d e N b o Ti c o n t e n i d a disuelta en y en la t e m p e r a t u r a de r e c a l e n t a m i e n t o p u e d e variar c o n s i d e r a b l e m e n t e d e p e n d i e n d o de la t e m p e r a t u r a y la cantidad d e c a r b o n o . E x c e p t o A1N con una estructura h e x a g o n a l , los c a r b u r o s y nitruros cristalizan en e s t r u c t u r a s c ú b i c a s solubles u n a s c o n otras. L o s p r o d u c t o s c o n t i e n e n una c a n t i d a d de N o C , p o r lo q u e son c o m ú n m e n t e l l a m a d o s c a r b o n i t r u r o s . L a Figura 1.1 m u e s t r a q u e t o d o s los nitruros tienen m e n o r solubilidad e n y q u e los carburos, y esto p u d i e r a ser igual en ferrita ( a ) . En los aceros m i c r o a l e a d o s c o m e r c i a l e s . El V y N b son rara v e z f o r m a d o s , e x c e p t o en los aceros de m u y b a j o c a r b o n o y alto h i d r ó g e n o ' 1 ' .. 900. 1000. 1100. 1200. 1300. Tciiipemiura de Rccalcuuido t C). F i g u r a 1.1.- Solubilidad d e p r o d u c t o s de c a r b u r o s y nitruros' 1 '.. 1100 1150 1200 1250 13« Timpi.r.iiuM Je Rutilemamiento i'C). F i g u r a 1.2.- V a r i a c i ó n de t a m a ñ o de g r a n o (y) y t e m p e r a t u r a de recalentamiento'".. L o s c a r b u r o s y n i t r u r o s n o disueltos a la t e m p e r a t u r a d e r e c o c i d o c o n t r i b u y e n al r e f i n a m i e n t o d e t a m a ñ o d e los g r a n o s austeníticos. La Figura 1.2 m u e s t r a variaciones del t a m a ñ o d e g r a n o contra ésta t e m p e r a t u r a en varios aceros m i c r o a l e a d o s ' " .. CAPÍTUI O I.

(22) 1.2.2 ELEMENTOS SUBSTITUTOS DE ALEACIÓN. E l e m e n t o s substitutos d e aleación c o m o el M n o M o p r o d u c e n tres e f e c t o s q u e son:. 1.. A u m e n t a n la resistencia del acero a través de s o l u c i ó n sólida.. 2.. R e f i n a m i e n t o del g r a n o d e b i d o a la precipitación d e y - a .. 3.. M o d i f i c a n la t r a n s f o r m a c i ó n microestructural.. En general el e f e c t o (3) es el m á s i m p o r t a n t e en el i n c r e m e n t o d e resistencia. L a m i c r o estructura d o m i n a n t e en los aceros H S L A p r o d u c i d a p o r la l a m i n a c i ó n c o n t r o l a d a es la ferrita p o l i g o n a l ( a ) y el d e c r e m e n t o del c o n t e n i d o d e C p u e d e dar u n a perlita r e d u c i d a o a c e r o libre d e p e r l i t a ' " .. El e f e c t o en la resistencia q u e p u e d e causar un e l e m e n t o p u e d e variar con transformación. microestructural,. el. espesor. de. la. lamina. o. la. velocidad. la de. e n f r i a m i e n t o ' " . El M o c a u s a el m a y o r efecto d e r e f u e r z o entre los e l e m e n t o s d e a l e a c i ó n m i e n t r a s q u e el M n y C r s o n significativos. C u y Ni resultan en u n r e f u e r z o débil s o b r e una b a s e d e a d i c i ó n simple. La adición s i m u l t á n e a d e d o s o tres e l e m e n t o s s i e m p r e p r o v o c a un e f e c t o sinergistico de r e f o r z a m i e n t o , el cual indica q u e la c o m b i n a c i ó n d e C u y Ni en c a n t i d a d e s r e s p e c t i v a s de 0 . 1 5 % p u e d e r e f o r z a r el a c e r o c o m p a r a d o con u n a s i m p l e a d i c i ó n d e 0 . 3 0 % C u ó 3 0 % Ni. L a t e m p e r a t u r a d e transición n o. depende. c o n s i d e r a b l e m e n t e d e los e l e m e n t o s a u n q u e el M n y Ni s o n e l e m e n t o s f a v o r a b l e s p a r a i n c r e m e n t a r la t e n a c i d a d ' " .. E l e m e n t o s c o m o M o , M n y Ni d i s m i n u y e n c o n s i d e r a b l e m e n t e la t e m p e r a t u r a A3 ( t e m p e r a t u r a d e transición d e y a a ) , p u e d e n a u m e n t a r el r e f i n a m i e n t o del g r a n o y t a m b i é n m o d i f i c a r la m i c r o e s t r u c t u r a ' " . El i n c r e m e n t o d e M n p or e n c i m a d e 1.8% con u n c o n t e n i d o d e C m e n o r a 0 . 0 6 % causa una transición microestructural d e s d e una perlita p o l i g o n a l a u n a acicular, la c u a l consiste de la m e z c l a estructural de a y bainita. El r e f o r z a m i e n t o en la e s t r u c t u r a acicular a. d e p e n d e p r i n c i p a l m e n t e d e la f r a c c i ó n d e v o l u m e n d e bainita c o n. alta.

(23) d e n s i d a d d e d i s l o c a c i o n e s , p o r esto es a s o c i a d a con u n d e c r e m e n t o en la t e m p e r a t u r a d e transición y - a en el acero. P o r esto la resistencia en u n a c e r o acicular a. depende. c o n s i d e r a b l e m e n t e del c o n t e n i d o d e C, M n y M o ; los e f e c t o s del C u , Ni y C r son suplementarios(l).. La a dición d e B e n l o s a ceros d e a lto M n c o n u n c o n t e n i d o d e C m enor a 0 . 0 4 % p u e d e p r o d u c i r u n a estructura bainítica f i n a ( 1 3 J 4 ) .. Esta estructura es d i f e r e n t e a la. estructura bainítica s i m p l e sin a . La bainita es f o r m a d a d i r e c t a m e n t e d e s d e los límites d e g r a n o d e la a u s t e n i t a d e f o r m a d a y estabilizada p o r B. D e b i d o al b a j o c o n t e n i d o d e C la bainita, este t i p o d e acero tiene una tenacidad y ductilidad s u p e r i o r a b a j a temperatura. A l g u n a s v e c e s l a a d i c i ó n d e T i s e h a c e p a r a e v i t a r l a f o r m a c i ó n d e n i t r u r o s d e B. El d e c r e m e n t o d e la resistencia con la r e d u c c i ó n del c o n t e n i d o d e C en los aceros libres d e B es d e b i d o a la d i s m i n u c i ó n de la f r a c c i ó n v o l u m é t r i c a d e los p r o d u c t o s a c i c u l a r e s ' " .. 1.2.3 ELEMENTOS DE IMPUREZAS.. Las i m p u r e z a s m á s i m p o r t a n t e s en los aceros s o n i n c l u s i o n e s n o m e t á l i c a s y su efecto sobre la d u c t i l i d a d se h a c e m á s intenso con el i n c r e m e n t o d e la resistencia en los aceros H S L A . Entre v a r i o s tipos d e inclusiones d e ó x i d o y s u l f u r o , el s u l f u r o d e m a n g a n e s o y los silicatos n o f o r m a d o s en aceros con Al p a s i v a d o r , son d e f o r m a b l e s a t e m p e r a t u r a s d e t r a b a j o en caliente.. El s u l f u r o d e m a n g a n e s o. t i e n d e a ser m á s a l a r g a d o s p o r la. l a m i n a c i ó n c o n t r o l a d a , u n a v e z q u e la diferencia d e la plasticidad relativa entre el s u l f u r o d e m a n g a n e s o y la matriz a u m e n t a con el d e c r e m e n t o d e la t e m p e r a t u r a d e laminación.. Estas. inclusiones,. en. los. productos. laminados. en. caliente,. causan. anisotropía en los valores d e d u c t i l i d a d ' " . La fractura dúctil es iniciada p o r la fractura d e i n c l u s i o n e s y el d e s p r e n d i m i e n t o d e la matriz granular, d e s d e la interfase m a t r i z - i n c l u s i ó n a b a j a s d e f o r m a c i o n e s o cerca del punto de la i n t e r f a s e d e inestabilidad p l á s t i c a ' " .. El P es b i e n c o n o c i d o c o m o el causante d e p r o m o v e r la f r a g i l i d a d , éste n o representa una i n f l u e n c i a s i g n i f i c a t i v a sobre 1 as p r o p i e d a d e s m ecánicas d e 1 o s a ceros I a m i n a d o s ..

(24) Sin e m b a r g o , e l i m p a c t o e n e r g é t i c o en los aceros H S L A p r o d u c i d o p o r el p r o c e s o d e l a m i n a c i ó n es d i s m i n u i d o p o r el P una vez q u e la v e l o c i d a d d e e n f r i a m i e n t o (alrededor d e 5 0 0 ° C d e s p u é s del l a m i n a d o ) es s u f i c i e n t e m e n t e lenta p a r a p r o d u c i r la s e g r e g a c i ó n del P a los límites d e g r a n o a o a la interfase perlita a . E s t e s e g r e g a d o p r o m u e v e un f e n ó m e n o d e d i v i s i ó n el cual es o b s e r v a d o en s u p e r f i c i e s d e fractura e n e s p e c í m e n e s q u e b r a d o s p o r la p r u e b a d e i m p a c t o a b a j a t e m p e r a t u r a ' " .. C o m ú n m e n t e los aceros d e alta resistencia b a j a a l e a c i ó n c o n t i e n e n b a j o s c o n t e n i d o s d e c a r b o n o , c o n u n p o r c e n t a j e de m a n g a n e s o m a y o r d e 1 . 5 % en p e s o , con p e q u e ñ a s c a n t i d a d e s d e otros e l e m e n t o s c o m o lo son C u , V o Ti y algunas v e c e s son s o m e t i d o s a técnicas. especificas. de. laminación.. Elementos. c o m o Zr,. C a o tierras raras. son. c o m ú n m e n t e a d i c i o n a d o s para m e j o r a r la f o r m a b i l i d a d d e estos aceros' 1 '.. Aunque. los. aceros. HSLA. pueden. c o n v e n c i o n a l e s , la corrosión p u e d e. tener. espesores. más. delgados. que. aceros. reducir s i g n i f i c a t i v a m e n t e su resistencia m e c á n i c a ,. d e b i d o a la d i s m i n u c i ó n d e su sección transversal. L a a d i c i ó n d e e l e m e n t o s aleantes c o m o Cu, Si, Ni, C r y P p u e d e n m e j o r a r la resistencia a la c o r r o s i ó n , a u n q u e sería m e j o r el r e c u b r i m i e n t o del acero con Z n para m e j o r a r la resistencia a la corrosión, ya q u e así el metal b a s e q u e d a c o n p r o t e c c i ó n catódica del á n o d o d e s a c r i f i c i o q u e es el Zn ( 1 ) .. En un intento p o r d i s m i n u i r la energía requerida en el p r o c e s a m i e n t o de estos aceros, el uso d e a c e r o s con V en lugar de Ti y N b en las líneas d e r e c o c i d o p u e d e n representar una gran v e n t a j a , d e b i d o a la m e n o r t e m p e r a t u r a d e r e c o c i d o q u e estos requieren, ya q u e el V n o i n c r e m e n t a tanto la t e m p e r a t u r a d e recristalización. D e s g r a c i a d a m e n t e. se. p r o d u c e n v a l o r e s d e e s f u e r z o s d e c e d e n c i a m á s altos q u e en los aceros q u e c o n t i e n e n N b y Ti. Es p o r esto q u e estos aceros requieren un p o c o m á s d e energía q u e un acero c o n v e n c i o n a l p a r a su formabilidad 1 2 '.. 1.3 PROCESAMIENTO TERMOMECÁNICO DE LOS ACEROS HSLA..

(25) D u r a n t e su p r o c e s a m i e n t o los aceros H S L A e x p e r i m e n t a n una t r a n s f o r m a c i ó n , esta t r a n s f o r m a c i ó n es c a u s a d a p o r la p r e s i ó n e j e r c i d a sobre el m a t e r i a l c u a n d o está siendo l a m i n a d o , la l a m i n a c i ó n p r o v o c a g r a n d e s d e f o r m a c i o n e s y, p o r c o n s e c u e n c i a , u n a alta c o n c e n t r a c i ó n d e e s f u e r z o s en el material, g e n e r a n d o s u f i c i e n t e energía en el material c o m o para p a s a r d e s d e un nivel de m a y o r energía a otro d e m e n o r , v e n c i e n d o la barrera energética q u e se o p o n e al c a m b i o d e t r a n s f o r m a c i ó n mi ero estructural 1 2 ) .. E n la F i g u r a 1.3 se m u e s t r a la d e f o r m a c i ó n estructural q u e s u f r e n los g r a n o s de austenita al s er d e f o r m a d o s e n e 1 p roceso d e 1 a m i n a c i ó n e n e aliente. E sto g enera u na c o n c e n t r a c i ó n d e e s f u e r z o s en el material d e s p u é s de la l a m i n a c i ó n ( 2 ) .. CORMA DE GRANO M G U LI&RE CE EÍJ'JES20S. FORMÍ BE 6RAN0 FINAL A LTAMENTE OSFOTMO ÍO. F i g u r a 1.3.- E f e c t o final de la l a m i n a c i ó n en caliente s o b r e la f o r m a y estructura del g r a n o d e austenita en el acero H S L A ( 2 ). C o m o c o n s e c u e n c i a d e la c o n c e n t r a c i ó n d e e s f u e r z o s g e n e r a d o s , así c o m o d e la t e m p e r a t u r a d e la l a m i n a c i ó n , los á t o m o s d e. N b t i e n d e n a f o r m a r c a r b u r o s d e niobio. ( N b C ) en las f r o n t e r a s d e grano d e la austenita, p r e v i n i e n d o la recristalización. L o a n t e r i o r m e n t e m e n c i o n a d o se p u e d e ver en la F i g u r a 1.4, la cual m u e s t r a la f o r m a c i ó n de N b C en las f r o n t e r a s d e g r a n o s de austenita, las c u a l e s s o n c u b i e r t o s p o r la precipitación d e los N b C , p r e v i n i e n d o así la recristalización d e los g r a n o s d e austenita ( 2 ) ..

(26) (NbC) F i g u r a 1.4.- Precipitación del N b C en las fronteras d e g r a n o s austeníticos a b a j a s t e m p e r a t u r a s de l a m i n a c i ó n ' 2 ' .. U n a v e z q u e la precipitación de N b C se lleva a c a b o , la g e n e r a c i ó n de n u e v o s g r a n o s d e ferrita es inevitable, c r e a n d o n u e v o s g r a n o s d e ferrita, los c u a l e s n u c l e a n en f o r m a radial d e s d e el N b C . L a t r a n s f o r m a c i ó n estructural es p r o v o c a d a p o r a la t r a n s f o r m a c i ó n granular q u e se lleva a c a b o en el material, la cual c a m b i a d e s d e u n a m a t r i z austenítica a u n a ferrítica, c o m o se m u e s t r a en la Figura 1.5 (2) .. F i g u r a 1.5.- R e p r e s e n t a c i ó n e s q u e m á t i c a d e la t r a n s f o r m a c i ó n microestructural en aceros H S L A , t r a n s f o r m a c i ó n d e austenita a ferrita (de estructura F C C a B C C ) ( 2 ) .. CAPÍTULO. I.

(27) 1.4 CARACTERISTICAS DE LOS ACEROS HSLA.. Los. aceros. HSLA. poseen. una. buena. combinación. entre. la. formabilidad. y. soldabilidad. Para la b u e n a f o r m a b i l i d a d d e partes c o m p l e j a s c o n aceros H S L A se requiere m a y o r energía q u e para un acero c o n v e n c i o n a l , ya q u e el e s f u e r z o d e c e d e n c i a tiene un valor m á s alto q u e el de los aceros c o n v e n c i o n a l e s , es p o r ello q u e requieren alrededor. de. un. 30%. más. de. energía. que. los. aceros. convencionales. para. su. formabilidad'2'.. A u n q u e en la f o r m a b i l i d a d los aceros H S L A tienen la d e s v e n t a j a del. consumo. energético, éstos, p o r c o n s e c u e n c i a , tienen m a y o r resistencia a las a b o l l a d u r a s , a d e m á s de q u e tienen e x c e l e n t e resistencia a la fatiga d e b i d o a su alta resistencia a la cedencia. Por esto los a c e r o s H S L A son b u e n o s candidatos c o m o a c e r o s estructurales, lo q u e los h a c e m u y i m p o r t a n t e s p a r a la industria a u t o m o t r i z ' 2 ' .. En la s o l d a b i l i d a d , este acero ha d e m o s t r a d o q u e es m á s s u s c e p t i b l e al f e n ó m e n o d e expulsión, d e b i d o a su alta resistividad eléctrica, p e r o la alta resistividad. permite. corrientes d e s o l d a d u r a m á s bajas, lo cual es c o n s i d e r a d o c o m o u n a ventaja' 2 '.. CAPÍTULO. I.

(28) CAPÍTULO II. GALVANIZADO POR INMERSION EN CALIENTE.. 2.1 INTRODUCCIÓN. Este p r o c e s o h a e s t a d o en uso p o r m a s d e 100 años, p e r o n o f u e hasta el año de 1936 c u a n d o f u e i n t r o d u c i d o a los Estados Unidos ( 4 ) . E n el p r o c e s a m i e n t o c o n t i n u o de g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente, los rollos d e a c e r o s o n s o l d a d o s en sus e x t r e m o s y circulan a través d e la línea de p r o c e s a m i e n t o en f o r m a c o n t i n u a a u n a v e l o c i d a d q u e d e p e n d e del e s p e s o r d e la l á m i n a a procesar. L a l á m i n a d e a c e r o se l i m p i a y seca en la línea d e p r o d u c c i ó n antes d e la inmersión y g e n e r a l m e n t e d e s p u é s d e ésta p a s a p o r una ligera. laminación. con. la. finalidad. de. mejorar. las. propiedades. físicas. del. recubrimiento'38. 2.2 PROCESO DE GALVANIZADO CONTINUO.. Gran parte del p r o c e s a m i e n t o continuo d e g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente se h a c e p o r el m é t o d o de Sendzimir' 3 9 *. Inicialmente la l á m i n a d e a c e r o p a s a p o r un t r a t a m i e n t o d e p r e l i m p i e z a , en el cual aceites, arenas y p r o d u c t o s residuales d e la l a m i n a c i ó n s o n e l i m i n a d o s , para m e j o r a r la a d h e r e n c i a del r e c u b r i m i e n t o y p r e v e n i r c o n t a m i n a n t e s q u e p u e d e n ser acarreados a la paila. L a s líneas m á s m o d e r n a s producción. utilizan un s i s t e m a de cepillado alcalino y u n a estación d e. de. limpieza.

(29) electrolítica, j u n t o c o n un tratamiento r e d u c t o r d e f u e g o directo. U n a sección. de. aspersión alcalina y c e p i l l a d o utiliza h i d r ó x i d o d e s o d i o c o n u n a c o n c e n t r a c i ó n entre 1.5 a 2.5 % p a r a r e m o v e r los c o n t a m i n a n t e s , m o j a n d o y c e p i l l a n d o la s u p e r f i c i e del acero. D e s p u é s , u n a l i m p i e z a electrolítica se a plica p a r a r e m o v e r c o n t a m i n a n t e s f u e r t e m e n t e a d h e r i d o s a la s u p e r f i c i e del acero. C o n la h i d r o g e n a c i ó n del agua, m o l é c u l a s de H y O son liberadas s o b r e la s u p e r f i c i e del a c e r o c r e a n d o u n a r e a c c i ó n d e b u r b u j e o q u e r e m u e v e los c o n t a m i n a n t e s retenidos. D e s p u é s la l á m i n a p a s a a t r a v é s d e un soplador d e aire a b a j a p r e s i ó n p a r a r e m o v e r las cenizas y p r e v e n i r la o x i d a c i ó n . L a l á m i n a d e acero t a m b i é n entra en la sección d e limpieza S e n d z i m i r , F i g u r a 2.1 la cual está a una t e m p e r a t u r a e n t r e 5 0 0 y 7 6 0 ° C en una a t m ó s f e r a r e d u c t o r a N2/H2, la cual r e d u c e los contaminantes. o r g á n i c o s y ó x i d o s superficiales, u n a v e z q u e este tratamiento. l i m p i e z a es a p l i c a d o sobre la lámina, se s u m e r g e esta en la p a i l a con el Z n f u n d i d o ' 3 8 ' .. F i g u r a 2.1.- E s q u e m a t i z a c i ó n d e una línea continua d e g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente' 3 8 '.. de.

(30) El Z n f u n d i d o es c o n t e n i d o en u n a paila h e c h a d e a c e r o r e s i s t e n t e al calor, a u n q u e t a m b i é n p u e d e ser d e algún c e r á m i c o . El Z n es m a n t e n i d o a u n a t e m p e r a t u r a entre 4 4 5 4 6 0 ° C . L a p a i l a d e b e r á ser lo s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e c o m o p a r a a c o m o d a r el material dentro de ella, a d e m á s d e c o n t e n e r s u f i c i e n t e c a l o r p a r a p r e v e n i r u n c i c l a d o t é r m i c o p r o f u n d o , el cual resultará en una d i s m i n u c i ó n del t i e m p o d e vida d e la paila. El a c e r o limpio es s u m e r g i d o d i r e c t a m e n t e en el Z n f u n d i d o . El a c e r o es e m p a p a d o d e Z n f u n d i d o y tan p r o n t o c o m o éste a l c a n z a la t e m p e r a t u r a del Zn, c o m i e n z a la r e a c c i ó n d e d i f u s i ó n , g e n e r a n d o la f o r m a c i ó n d e u n a serie de i n t e r m e t á l i c o s F e - Z n . P a r a la m a y o r í a d e l o s aceros, la r e a c c i ó n es r á p i d a al principio, p e r o se v u e l v e lenta s u b s e c u e n t e m e n t e . C a b e mencionar. que. el. espesor. de. la. capa. de. intermetálicos. no. se. incrementa. s u b s t a n c i a l m e n t e a t i e m p o s largos d e inmersión ( 6 ) .. El p r o c e s o g e n e r a u n a c a p a de intermetálicos d e Z n - F e en la interfase acero-cinc ( 5 ) . U n a m i c r o e s t r u c t u r a típica es m o s t r a d a en la F i g u r a 2.2 ( 6 ) .. F i g u r a 2.2.- R e c u b r i m i e n t o típico de u n g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente. N ó t e s e c o m o la transición g r a d u a l entre los intermetálicos, resulta en u n f u e r t e enlace entre el m e t a l b a s e y el recubrimiento' 6 *.. En la F i g u r a 2 . 2 se m u e s t r a la m i c r o g r a f i a de una c a p a d e g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente, la c a p a c o n s i s t e d e una serie d e intermetálicos. C o m e n z a n d o d e s d e el metal.

(31) b a s e d e s d e el f o n d o d e la sección, c a d a intermetálico c o n s e c u t i v o c o n t i e n e un p o r c e n t a j e d e Zn m a y o r h a s t a la c a p a d e la superficie, es p o r ello q u e n o existe una m a r c a d a línea entre el m e t a l b a s e (acero) y el Zn, si n o q u e hay u n a t r a n s i c i ó n gradual a través de una serie d e i n t e r m e t á l i c o s F e - Z n , l o s cuales p r o p o r c i o n a n u n f u e r t e enlace entre el metal b a s e y el r e v e s t i m i e n t o d e Zn ( 6 ) .. C o m o se o b s e r v ó en la Figura 2.2, las d i v e r s a s f a s e s estas p u e d e n ser f á c i l m e n t e d i f e r e n c i a d a s en b a s e a su c o n t e n i d o d e Fe. A u n q u e estas n o tienen un valor e s p e c i f i c o d e c o m p o s i c i ó n se m a n t i e n e n dentro de u n r a n g o d e c o n c e n t r a c i ó n d e c a d a u n a d e las fases d e i n t e r m e t á l i c o s p r e s e n t e s en el r e c u b r i m i e n t o , c o m o se m u e s t r a en la Figura 2.3 ( 3 2 í. F i g u r a 2.3.- R e l a c i ó n entre las fases de intermetálicos y el c o n t e n i d o d e Fe en u n r e c u b r i m i e n t o t e r m o g a l v a n i z a d o a 500°C. (El c o n t e n i d o d e Al en el b a ñ o f u e d e 0.1 % en peso) ( 3 2 ) .. El e s p e s o r d e 1 as c a p a s d e i n t e r m e t á l i c o s d e b e r á d e s er m e n o r a 1 2 0 % d el espesor total del r e c u b r i m i e n t o , en el g a l v a n i z a d o d e h o j a s de acero, p a r a m e j o r a r la a d h e s i ó n de la c a p a d e Z n y sus p r o p i e d a d e s d e formabilidad. El control d e la c a p a d e intermetálicos p u e d e h a c e r s e c o n la adición d e 0 . 1 - 0 . 3 % de Al en el b a ñ o d e Z n (en l a p a i l a ) , e s t a adición. de. Al. intermetálicos ( 6 ) .. en. el. baño. retarda. el. crecimiento. del. espesor. de. la. capa. de.

(32) 2.2.1 FORMACIÓN DE COMPUESTOS INTERMETÁLICOS.. C u a n d o el a c e r o es s u m e r g i d o en el b a ñ o d e Z n líquido a t e m p e r a t u r a s típicas d e p r o c e s a m i e n t o ( 4 5 0 - 4 9 0 ° C ) , d e a c u e r d o con el d i a g r a m a d e f a s e F e - Z n , Horstmann < 4 0 ) p r o p u s o q u e los s i g u i e n t e s intermetálicos se f o r m a r a n : cinc s a t u r a d o a - F e , fase g a m m a ( H , g a m m a i (Ti), delta (5) y zeta ( Q seguida p o r eta (r|). Sin e m b a r g o la s e c u e n c i a de n u c l e a c i ó n d e las fases c o m i e n z a (1) en la interfase c o n la fase zeta ( Q , s e g u i d a p o r (2) la fase delta (8), y d e s p u é s de un cierto t i e m p o d e i n c u b a c i ó n , (3) la fase g a m m a ( r ) . El desarrollo d e las f a s e s F e - Z n es m o s t r a d o en la F i g u r a 2.4, d o n d e la s e c u e n c i a d e reacción se r e p r e s e n t a c r o n o l ó g i c a m e n t e . El t i e m p o cero es r e p r e s e n t a d o p o r to y el desarrollo d e las f a s e s ocurre a diversos t i e m p o s , p o r lo q u e to < ti<t2<t3<t 4 . E n e s t u d i o s de substratos de a c e r o (0.003 C, 0.258 M n % en peso), se e n c o n t r ó q u e la n u c l e a c i ó n d e la fase zeta ( Q es s e g u i d a p o r la f o r m a c i ó n de la fase delta (5) fo) en la interfase a Fe/zeta(Q(40)..

(33) /n Fe. ¿a. zeta. •4. Fe. Zn. F i g u r a 2.4.- R e p r e s e n t a c i ó n e s q u e m á t i c a d e la f o r m a c i ó n d e las fases en un b a ñ o sin Al ( 4 0 ) .. 2.2.1.1. FORMACIÓN DE COMPUESTOS Fe-Al.. E s sabido q u e c u a n d o la l á m i n a d e s n u d a es s u m e r g i d a en un b a ñ o d e Zn saturado d e Fe, el cual c o n t i e n e p e q u e ñ a s c o n c e n t r a c i o n e s d e Al, el A l reacciona i n i c i a l m e n t e con la s u p e r f i c i e del a c e r o e inhibe la reacción d e aleación F e - Z n p o r la f o r m a c i ó n de un intermetálico F e - A l inhibidor. U n a m o r f o l o g í a típica d e éste es m o s t r a d a en la Figura 2.5, en la cual se o b s e r v a n cristales c o l u m n a r e s d e la fase.

(34) C o n el i n c r e m e n t o del c o n t e n i d o d e A l en el b a ñ o y del t i e m p o d e inmersión, la m o r f o l o g í a del F e - A l c a m b i a d e s d e d e l g a d a y c o m p a c t a (Figura 2.5 a) a una granular (Figura 2.5 b). L a d i f r a c c i ó n de rayos X sugieren la p r e s e n c i a del c o m p u e s t o F e j A l s (Figura 2.6 b ) ( 2 l ) .. F i g u r a 2.5.- M o r f o l o g í a típica del c o m p u e s t o Fe-Al f o r m a d o d u r a n t e el p r o c e s o d e g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en caliente ( 2 I ) .. 2.2.1.2. GENERACIÓN DE LOS CRISTALES C V 5 SOBRE LA. SUPERFICIE DE LOS GRANOS DE FERRITA.. A u n q u e N a k a m o r i í 2 2 ) reportó q u e la dirección d e c r e c i m i e n t o d e los cristales L, d e p e n d e d e la o r i e n t a c i ó n d e los g r a n o s d e ferrita, se cree q u e éstos m á s bien d e p e n d e n del f e n ó m e n o d e e x p l o s i ó n el cual se g e n e r a al iniciar la r e a c c i ó n entre el Z n y el Fe en las fronteras d e grano < 2 2 ) . L o s cristales o b s e r v a d o s en la F i g u r a 2.5 p a r e c e n ser sólo cristales C, q u e n u c l e a r o n en el c o m p u e s t o granular d e F e - A l . A d e m á s , un intermetálico f u e d e t e r m i n a d o m e d i a n t e m i c r o s c o p i a electrónica de b a r r i d o , el cual se e n c o n t r a b a en la i n t e r f a s e C, y el s u b s t r a t o Fe. En la Figura 2 . 6 se m u e s t r a q u e la distribución d e F e en el intermetálico c o l u m n a r C, es c o m p a r a t i v a m e n t e h o m o g é n e o , y n o se o b s e r v a ningún limite d e g r a n o en la s e c c i ó n analizada. P o r lo tanto estos r e s u l t a d o s sugieren q u e los cristales c o l u m n a r e s £ p r i m e r o nuclean en la i n t e r f a s e F e - A l. y crecen c o m o una sola.

(35) A. Distancia. B. Figura 2.6.- A n á l i s i s d e la sección transversal d e cristales c o l u m n a r e s d e C,. A . K . 0 . 1 2 % A l e n m a s a en el b a ñ o ( 2 , ) .. Para investigar el p r o c e s o secuencial de aleación d e los cristales d e C„ se llevó a c a b o m e d i a n t e un t r a t a m i e n t o t é r m i c o s u b s i g u i e n t e (30s a 4 5 0 ° C ) , n u e v a s f a s e s c o m o Si y T f u e r o n o b s e r v a d a s en la interfase C, substrato, c o m o se m u e s t r a en la Figura 2 . 7 ( 2 " .. F i g u r a 2.7.- Vista de la sección transversal d e los cristales c o l u m n a r e s C, c r e c i d o s por u n s u b s e c u e n t e tratamiento isotérmico a 4 5 0 ° C p o r. En c u a n t o a la a p a r i c i ó n de los intermetálicos, Onishi < 2 4 ) i n d i c ó q u e los c o m p u e s t o s a p a r e c i d o s en la interfase Fe-Zn, están en el o r d e n d e C,, 51 y r . A u n q u e su estudio f u e c o n d u c i d o en un s i s t e m a binario Fe-Zn, éste c o n c u e r d a c o n el r e s u l t a d o d e Nakamori' 2 2 1 . Para explicar la estructura d e aleación del i n t e r m e t á l i c o se c o n s i d e r a n los c a m i n o s de d i f u s i ó n sobre el d i a g r a m a ternario F e - Z n - A l , el cual f u e p r i m e r a m e n t e p r o p u e s t o p o r U r e d n i c e k ( 2 5 ) y m a s tarde e l a b o r a d o p o r Y a m a g u c h i ' 2 6 ' . E s t o s a u t o r e s c o n c u e r d a n en q u e.

(36) g e n e r a c i ó n d e la estructura de explosión f u e i n t e r p r e t a d a c o m o u n a reacción directa entre el Fe y el Z n el cual p e n e t r a e a través de las grietas. Las a b r u p t a s y p r e f e r e n c i a l e s características d e la r e a c c i ó n de e x p l o s i ó n s o n bien e x p l i c a d a s p o r este m e c a n i s m o ' 2 1 ' .. L a e s t r u c t u r a c r e a d a p o r l a e x p l o s i ó n e s t á p r i n c i p a l m e n t e c o m p u e s t a d e la fase 5 | , c o m o lo r e p o r t ó Saito ( 2 1 ) . En la p r i m e r a etapa de la r e a c c i ó n , u n a fase de color negro (indicada con flechas en la Figura 2.8) se creía q u e era la f a s e T, la cual estaba en el f o n d o d e la estructura c r e a d a p o r la reacción d e e x p l o s i ó n y ésta c u b r e la interfase en c u a n t o la r e a c c i ó n p r o g r e s a . A d e m á s , los cristales c o l u m n a r e s C¡ f u e r o n o b s e r v a d o s en la s u p e r f i c i e de la e s t r u c t u r a d e explosión. C o n s i d e r a n d o q u e la r e a c c i ó n d e e x p l o s i ó n ocurre p o r la r e a c c i ó n directa del Z n f u n d i d o y el Fe, es r a z o n a b l e p e n s a r q u e la estructura f o r m a d a en el b a ñ o d e b e r á estar c o m p u e s t a d e u n a estructura m ú l t i p l e (fases r , 8, y O < 2 l ) .. F i g u r a 2.8.- C o m p o r t a m i e n t o d e la r e a c c i ó n i s o t é r m i c a a 4 5 0 ° C p a r a un g a l v a n i z a d o c o n t i n u o d e un acero Ti-IF (flechas indican la fase T ) ( 2 , ) ..

(37) 2.2.2 EQUILIBRIO DE LAS FASES Y CINÉTICA.. C u a n d o el substrato d e acero es s u m e r g i d o en el b a ñ o d e Z n f u n d i d o , u n gran n ú m e r o d e r e a c c i o n e s o c u r r e n , d e p e n d i e n d o d e la c o m p o s i c i ó n del b a ñ o y d e los e l e m e n t o s q u e se e n c u e n t r a n en el acero. A n t e s d e discutir los e f e c t o s d e los c o m p u e s t o s en el r e c u b r i m i e n t o sería d e gran ayuda c o n t a r con la c o m p r e n s i ó n d e las r e a c c i o n e s Fe Zn ( 4 0 ) .. 2.2.2.1. DIAGRAMA DE FASE Fc-Zn.. El d i a g r a m a d e fase h a sido m o d i f i c a d o m u c h a s veces, e s p e c i a l m e n t e la sección rica en Zn, d e s d e q u e éste f u e p r e s e n t a d o en 1938. El d i a g r a m a d e fase m á s a m p l i a m e n t e a c e p t a d o es el d e K u b a c h e w s k i (Figura 2.9). L a s e c c i ó n del d i a g r a m a con u n a alta c o n c e n t r a c i ó n d e Z n se m u e s t r a n en la F i g u r a 2.10, las f a s e s e n c o n t r a d a s en este d i a g r a m a se p r e s e n t a n en la T a b l a 2.1. Las fases f o r m a d a s a largos t i e m p o s d e i n m e r s i ó n (o d e s p u é s del r e c o c i d o ) son zeta (<Q, delta (5), g a m a i ( T i ) y g a m a ( r ) . A u n q u e n o se representa en el d i a g r a m a d e fase F e - Z n , la fase eta (r|) es u n a s o l u c i ó n sólida de Fe-Zn con una solubilidad d e F e d e 0 . 0 3 % en peso ( 4 0 ) ..

(38) Porcentaje. Atomico de Zn. F i g u r a 2.9.- D i a g r a m a d e fase Fe-Zn ( 4 0 ) .. Pon-entai« en peso 4" Zn. F i g u r a 2.10.- D i a g r a m a de fase F e - Z n (sección 7 0 - 1 0 0 % d e Zn) ( 4 0 ) .. C <\PÌTULO!l.

(39) A c o n t i n u a c i ó n se describirá b r e v e m e n t e c a d a u n a d e las fases d e i n t e r m e t á l i c o s FeZn e n c o n t r a d a s en el g a l v a n i z a d o p o r i n m e r s i ó n en c a l i e n t e d e a c u e r d o al i n c r e m e n t o en el c o n t e n i d o d e Fe,. La f a s e zeta ( Q , FeZni3, tiene un c o n t e n i d o de Fe d e a p r o x i m a d a m e n t e 5 - 6 % en peso. Esta e s f o r m a d a d e s d e l a r e a c c i ó n p e r i t é c t i c a entre la f a s e d e l t a (5) y el Z n líquido a 5 3 0 ° C . E s t u d i o s d e d i f u s i ó n c o n t r o l a d a en a u s e n c i a d e Al i n d i c a n q u e la fase zeta ( Q se e n c u e n t r a al f o r m a r s e entre el Z n libre, la fase eta (ri) y la delta (6). L a fase zeta ( Q tiene u n a estructura m o n o c l í n i c a y una estructura a t ó m i c a q u e c o n t i e n e un á t o m o de F e y un á t o m o de Z n r o d e a d o s p o r 12 á t o m o s de Z n en los vértices' 4 0 '.. L a fase d e l t a (5), FeZnio, tiene un intervalo d e c o m p o s i c i ó n de F e de 7 . 0 - 1 1 . 5 % en p e s o y u n a c e l d a unitaria h e x a g o n a l . Esta es f o r m a d a p o r otra r e a c c i ó n peritéctica, g a m a (T) y líquido, a 6 6 5 ° C . En el p a s a d o la f a s e delta era s e p a r a d a en d o s m o r f o l o g í a s , deltaip, e n c o n t r a d a en la z o n a rica d e Zn y la fase deltaiK, la cual tiene u n a m o r f o l o g í a c o m p a c t a en el lado rico en Fe, e n c o n t r a d a a u n largo t i e m p o d e i n m e r s i ó n (4 horas) a alta t e m p e r a t u r a ( 5 5 3 ° C ) . A m b a s m o r f o l o g í a s tienen la m i s m a estructura cristalina y s o n referidas en la actualidad c o m o la fase delta (5). S o l o u n a f a s e delta se e n c u e n t r a a t i e m p o s c o r t o s d e inmersión í 4 o : i .. La fase g a m a i ( H ) , F e j Z ^ i , tiene una estructura cristalina c ú b i c a c e n t r a d a en las caras, con u n a c o m p o s i c i ó n de Fe d e 17-19.5 ( % en p e s o ) a 4 5 0 ° C . Esta fase se f o r m a c o m o r e s u l t a d o de una r e a c c i ó n peritéctoide entre la fase g a m a ( O y delta (5) a 5 5 0 ° C . La. fase. gamaj. (rO. aparece. como. un. intermetálico. no. interrumpido. entre. los. i n t e r m e t á l i c o s g a m a ( O y delta (8) y p u e d e ser p r o d u c i d a c u a n d o se calienta a b a j a s t e m p e r a t u r a s p o r largos p e r i o d o s de tiempo' 4 0 1 .. La f a s e g a m a ( r ) , Fe^Znio, tiene u n a estructura c ú b i c a c e n t r a d a en el cuerpo, y composición. de. Fe. entre. 23.5-28.0. %. en p e s o. a 450°C.. Esta. se. forma. como. c o n s e c u e n c i a d e u n a reacción peritéctica a 7 8 2 ° C entre F e a y el Zn líquido, y e x h i b e.

(40) una solubilidad m á x i m a d e Fe en Z n a la t e m p e r a t u r a p e r i t é c t i c a d e la fase delta (8) d e 665°C , 4 0 ) .. 2.2.2.2. Cada. REACCIONES CINÉTICAS Fe-Zn.. intermetálico. en. el. recubrimiento. de Zn. presenta. c r e c i m i e n t o , q u e d e p e n d e d e la t e m p e r a t u r a del b a ñ o .. d i f e r e n t e cinética. de. Por e j e m p l o , a t i e m p o s d e. i n m e r s i ó n m e n o r e s a 3 0 0 s a 4 5 0 ° C , Figura 2.11, la fase z e t a ( Q c r e c e r á p i d a m e n t e al principio, d e s p u é s su c r e c i m i e n t o desacelera, m i e n t r a s q u e la f a s e delta (6) crece d e s p a c i o y d e s p u é s su espesor a u m e n t a r á p i d a m e n t e . L a f a s e g a m a ( r + T | ) se f o r m a ú n i c a m e n t e d e s p u é s d e largos p e r í o d o s d e t i e m p o , l l e g a n d o a a l c a n z a r un e s p e s o r hasta d e 1 fam. E f e c t o s s i m i l a r e s f u e r o n r e p o r t a d o s a 4 5 7 ° C p a r a t i e m p o s s u p e r i o r e s a 4 horas. H o r s t m a n n reporto q u e h a y un m o v i m i e n t o en la fase g a m m a ( T + T i ) hacia el acero, m i e n t r a s q u e la fase zeta ( Q tiene un a v a n c e hacia el Z n . L a f a s e delta (5) tiene un a v a n c e en a m b a s d i r e c c i o n e s , a u n q u e g e n e r a l m e n t e m á s h a c i a el Z n . P o r esta razón, c o m o la fase g a m a (T + T | ) crece hacia el acero, ésta t a m b i é n es c o n s u m i d a p o r la f a s e delta (§). S i m i l a r m e n t e , la fase delta (5) se e x p a n d e h a c i a la f a s e zeta ( Q q u e está a v a n z a n d o hacia el Zn. T o d a s estas t r a n s f o r m a c i o n e s están g o b e r n a d a s p o r la d i f u s i ó n d e Zn hacia el s u b s t r a t o Fe, b a s a d o s en e x p e r i m e n t o s c o n Z n líquido y e s t u d i o s d e d i f u s i ó n en estado sólido. Sin e m b a r g o , el Fe p r o b a b l e m e n t e t a m b i é n se d i f u n d e hacia las fases intermetalicas p e r o a u n a v e l o c i d a d m u c h o menor ( 4 0 ) ..

(41) 40. • • A. <ü es30. 35. gamma deità zeta. IX. CIh. CO. 25 -. <L>. 20 i. O ¡>3 4> & W. 15 ^. 10 5 "3 0. I. PI "I I I ! « Il I' | I I 1 '! ! |-f I II (' I I I I I I I. 0. Figura. ?. 60 120 180 240 300 Tiempo de inmersión (s). 2.11.- C r e c i m i e n t o individual d e las f a s e s (r, 5,. Q p a r a un a c e r o d e ultra b a j o. contenido de carbono ( 4 0 ) .. P a r a e v a l u a r la cinética de c r e c i m i e n t o d e las fases d e a l e a c i ó n (Fe-Zn), una e c u a c i ó n d e c r e c i m i e n t o es g e n e r a l m e n t e utilizada (Ec. 2.1), p a r a interpretar la v e l o c i d a d d e crecimiento ( 4 0 ) .. Y = Kt n. Donde:. Y = i n c r e m e n t o del e s p e s o r del intermetálico. K. = p a r á m e t r o d e crecimiento, t = tiempo de reacción, n = exponente de crecimiento.. (2.1).

(42) 2.2.2.3. EQUILIBRIO Fe-Zn-AI.. L a p r i m e r a investigación e s q u e m á t i c a q u e a b a r c a el s i s t e m a c o m p l e t o d e F e - Z n - A l fue conducida por Koster. y G o d e c k e m e d i a n t e o b s e r v a c i o n e s m e t a l o g r á f i c a s y análisis. de espectros d e rayos X en aleaciones. U r e d n i c e k y K i r k a l d y c o n f i r m a r o n lo anterior en un estudio a 4 5 0 ° C m e d i a n t e u n análisis de m i c r o s o n d a y o b s e r v a c i o n e s m e t a l o g r á f i c a s en aleaciones, F i g u r a 2.12. E s t u d i o s recientes se h a n e n f o c a d o en la e s q u i n a rica en Zn en el d i a g r a m a ternario; en particular, la solubilidad d e (1) Z n en los diferentes c o m p u e s t o s i n t e r m e t á l i c o s Fe-Al, y (2) Fe en el Zn fundido ( 4 0 > .. Perrot estudió las c o n d i c i o n e s de equilibrio m e t a e s t a b l e q u e se a l c a n z a n en t i e m p o s cortos de i n m e r s i ó n ( < 3 0 m i n ) e n b a ñ o s d e Z n - A l . S e e n c o n t r ó q u e para estos t i e m p o s , un isotérmico ternario a 4 5 0 ° C es generado, F i g u r a 2 . 1 3 a), m o s t r a n d o g r a n d e s r a n g o s de s o l u b i l i d a d c o m p a r a d o con el p r i m e r d i a g r a m a ternario p r o p u e s t o p o r U r e d n i c e k y Kirkaldy. P a r a una c o m p a r a c i ó n un d i a g r a m a de equilibrio p a r a un largo t i e m p o t a m b i é n es m o s t r a d o en la F i g u r a 2 . 1 3 b). E n particular, se e n c o n t r ó q u e el c o m p u e s t o Fe2Als tiene una s o l u b i l i d a d d e Z n superior a 2 2 . 8 5 % y el 1 3 . 9 2 % (en p e s o ) para F e A l i . S i m i l a r m e n t e C h e n e n c o n t r ó u n a s o l u b i l i d a d d e Z n e n e l F e 2 A l s d e 2 1.0% ( e n peso). Para estudios d e largos t i e m p o s de inmersión se reportó q u e el Zn tiene u n a solubilidad de 18.71 o 14 ( % en p e s o ) para Fe2Als. Perrot t a m b i é n o b s e r v o una fase transitoria para t i e m p o s d e i n m e r s i ó n m e n o r e s a 2 min, la cual tenía u n a c o m p o s i c i ó n p r o m e d i o d e ZnFeAl3 y p o s t e r i o r m e n t e f o r m a cristales s a t u r a d o s d e Fe2Als en el Z n . La fase c o r r e s p o n d e a la f a s e transitoria a n t e r i o r m e n t e m e n c i o n a d a , q u e f u e o b s e r v a d a d u r a n t e el p r i m e r p a s o en el p r o c e s o d e galvanizado de aceros en u n b a ñ o Z n - A l . L o s resultados d e C h e n p a r a t i e m p o s c o r t o s d e inmersión (30 m i n ) t a m b i é n m o s t r a r o n q u e la solubilidad m á x i m a del Z n en u n a c e r o alfa f u e d e 2.0 ( % en p e s o ) en u n b a ñ o d e Zn con 0 % Al. Perrot, t a m b i é n e n c o n t r ó q u e la fase delta (8) p r e s e n t a b a u n a a m p l i a solubilidad d e 3.71 Al ( % en p e s o ) y u n a gran solubilidad d e Fe, superior a 16 ( % en p e s o ) en un b a ñ o d e Zn con 0 % Al. D e igual m a n e r a la fase eta (ti) f u e e n c o n t r a d a p a r a ser s o b r e s a t u r a d a en Fe para t i e m p o s cortos d e i n m e r s i ó n ( 4 0 \.

(43) F i g u r a 2 . 1 2 . - S e c c i ó n i s o t é r m i c a del d i a g r a m a d e f a s e F e - Z n - A l a 4 5 0 ° C , (a) sobre toda la sección, (b) e s q u i n a rica en Zn ( 4 0 ) .. CAPÍTUI. O II.

(44) Zn (sT %}.

(45) F i g u r a 2.13.- E v o l u c i ó n temporal del d i a g r a m a de f a s e F e - Z n - A l a 4 5 0 ° C , (a) m e t a e s t a b l e : < 3 0 m i n , (b) en equilibrio: > 1000 h ( 4 0 ) . La d e t e r m i n a c i ó n d e 1 a s aturación d e F e en el b a ñ o h a sido estudiada p o r un gran n ú m e r o d e i n v e s t i g a c i o n e s e n f o c a d a s al b a ñ o Z n - A l . S i n e m b a r g o , en un análisis reciente un d i a g r a m a d e equilibrio Z n - F e - A l e n r i q u e c i d o f u e desarrollado.. Estudios. posteriores r e a l i z a d o s p o r T a n g , sobre la solubilidad del F e en el Zn f u n d i d o c o m o una f u n c i ó n del c o n t e n i d o d e Al, f u e r o n c o n d u c i d o s y los c o m p u e s t o s intermetálicos en el equilibrio t e r m o d i n à m i c o con el líquido f u e r o n i d e n t i f i c a d o s . F u e h a s t a e n t o n c e s q u e se estableció el límite d e solubilidad del Fe ( % en p e s o ) en Z n p u r o c o m o u n a f u n c i ó n d e la t e m p e r a t u r a , c o m o se e x p r e s a a continuación' 4 0 *.. L n ( F e ) = 17.78 - 1 5 3 8 8 / T. (2.2). Donde:. Fe = % de fierro en peso. T = t e m p e r a t u r a en. 0. Kelvin.. P a r a las f u n d i c i o n e s d e Z n - A l , lo siguiente f u e e s t a b l e c i d o a 4 6 0 ° C para la e s q u i n a d e Zn del d i a g r a m a d e equilibrio ternario Z n - F e - A l , F i g u r a 2.14 < 4 0 ) .. •. C u a n d o el c o n t e n i d o de Al en el b a ñ o es m e n o r a 0 . 1 0 ( % en peso), la fase en equilibrio con el líquido es zeta ( Q .. •. C u a n d o el c o n t e n i d o de Al en el b a ñ o esta entre 0 . 1 0 y 0 . 1 4 ( % en peso), la fase en equilibrio c o n el líquido es delta (5).. •. C u a n d o el c o n t e n i d o de Al en el b a ñ o es s u p e r i o r a 0 . 1 4 ( % en peso), la fase en equilibrio con el líquido es fase Fe2Al 5 Zn x (ti)..

(46) 460"C (5601=3. F i g u r a 2.14.- E s q u i n a rica en Z n d e la sección i s o t é r m i c a ( 4 5 0 ° C ) del d i a g r a m a d e fase F e - Z n - A l rica en Zn ( 4 0 ) .. E s t o s r e s u l t a d o s c o n f i r m a n datos previos, en los q u e el límite d e solubilidad del F e decrece c o n t i n u a m e n t e c o n el i n c r e m e n t o de Al para u n a t e m p e r a t u r a ñ j a . El e f e c t o d e la t e m p e r a t u r a s o b r e el p r o d u c t o d e la solubilidad, (Fe) 2 (Al) 3 ( % en peso), en la fase (r|) Fe2Al5Zn x s a t i s f a c e la siguiente ecuación' 4 0 1 :. Ln(Fe) 2 (AI) 3 = 32.2 - 3 6 1 3 3 / T. Donde:. F e = % d e Fe en peso. Al = % d e Al en peso. T = t e m p e r a t u r a en °K.. (2.3).

(47) 2.3 PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE DEL ACERO.. La preparación de la superficie consiste principalmente de la limpieza del acero de suciedad, aceites, lubricantes, grasas y otros tipos de i m p u r e z a s , así c o m o de productos de oxidación o provenientes de la laminación, los cuales p u e d e n ser depositados durante su fabricación o almacenamiento. T o d a s esas impurezas deberán ser r e m o v i d a s para que la reacción de galvanizado p u e d a efectuarse' 6 '. A continuación se mencionaran algunos de los procesos d e limpieza que se aplican al material antes del galvanizado' 6 '.. 2.3.1 DESENGRASE ALCALINO.. Es el tratamiento del material en una solución alcalina, aceites, grasas y otros c o m p u e s t o s s a p o n i f i c a b l e s son removidos. La m a y o r í a de los c o m p u e s t o s utilizados para este desengrase consisten en una mezcla de sales de sodio' 6 ) .. 2.3.2 DECAPADO.. Este proceso r e m u e v e óxidos y escamas de la laminación, el ácido decapado es una solución acuosa p r o v e n i e n t e de un mineral ácido, u s u a l m e n t e es un ácido clorhídrico (HC1) o ácido sulfúrico (H2SO4); la concentración á c i d a y temperaturas del b a ñ o decapado varían de galvanizado en galvanizado en un rango m u y estrecho.. Cabe. m e n c i o n a r que algunas veces se usa un inhibidor para p a s i v a r el ataque del metal base' 6 '.. 2.3.3 LIMPIEZA ABRASIVA.. La limpieza abrasiva p r o v e e una limpieza rápida y c o m p l e t a y es esencialmente usada para limpiar piezas de hierro vaciado ya que las arenas del vaciado son fácilmente removidas y la u n i f o r m i d a d de la superficie es p r o m o v i d a . Este m é t o d o es m u y utilizado para limpiar materiales ferrosos, c o m o las dejadas p o r las escorias de la soldadura, las cuales serían m u y difíciles de remover químicamente. El limpiado abrasivo podría.

(48) resultar en u n. i n c r e m e n t o en el e s p e s o r del r e c u b r i m i e n t o ya q u e c a m b i a la s u p e r f i c i e. del acero, i n c r e m e n t a n d o el área efectiva d e contacto y la r u g o s i d a d ( 6 ) .. 2.3.4 FUNDENTES.. R e m u e v e películas d e ó x i d o f o r m a d a s en el a c e r o d e s p u é s del d e c a p a d o pero antes del g a l v a n i z a d o y para asegurar la limpieza natural d e la s u p e r f i c i e d e contacto con el Z n f u n d i d o . El p r o c e s o i n c l u y e el h u m e d e c i d o y el secado del material. En el p r o c e s o d e h u m e d e c i d o , el m a t e r i a l se p a s a a través d e una c a p a d e f u n d e n t e f l o t a n d o sobre la s u p e r f i c i e d e Z n f u n d i d o . M i e n t r a s q u e en el p r o c e s o d e s e c a d o el material se s u m e r g e en una s o l u c i ó n a c u o s a d e f u n d e n t e y se saca antes del g a l v a n i z a d o . En a m b o s p r o c e s o s se usa u n a s o l u c i ó n d e cloruro d e a m o n i o (ZnCl2-2NH 4 Cl) ( 6 ) .. 2.4. EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN.. Existe. evidencia. de que pequeñas cantidades de elementos pueden. afectar la. resistencia a la c o r r o s i ó n del recubrimiento de Z n . L o s m e c a n i s m o s d e estos e f e c t o s s o n c o m p l e j o s y n o e n t e n d i d o s c o m p l e t a m e n t e p e r o en literatura reciente 18 * se sugiere q u e los e l e m e n t o s d e a l e a c i ó n segregan en las. fronteras. d e g r a n o d o n d e p u e d e n acelerar o. retardar el a t a q u e i n t e r g r a n u l a r ( 6 ) .. E n la aleación t í p i c a m e n t e usada en el g a l v a n i z a d o (Zn/0.1-0.2/A1), el M g y C u tienden a r e d u c i r la corrosión intergranular, p e r o el Bi, C d , Sn y P b i n c r e m e n t a n el ataque, t a m b i é n h a y e v i d e n c i a d e q u e el Cr, Ni y Ti s o n benéficos' 8 *.. 2.5. Al. EFECTO DEL TRATAMIENTO TÉRMICO.. calentar. intermetálicos. un. material. comúnmente. previamente llamado. galvanizado,. galvanneal. se. una. forma,. aleación. de Fe-Zn. de. la. incrementa. la. cual. resistencia a la corrosión. El material se recoce para darle un 10 ó 15% de Fe al r e c u b r i m i e n t o p o r m e d i o d e d i f u s i ó n atómica, p e r o ésta n o c o i n c i d e , en si el efecto es. CAPÍTI. I 0. 11.

(49) d e b i d o a un m a y o r i n c r e m e n t o en el e s p e s o r del r e c u b r i m i e n t o r e s u l t a d o d e la d i f u s i ó n Z n - F e o en un i n c r e m e n t o en la resistencia a la c o r r o s i ó n ' 9 ' ' l 0 ' .. 2.6. FACTORES. QUE. AFECTAN. EL. ESPESOR. DEL. RECUBRIMIENTO Y SU ESTRUCTURA.. Para la m a y o r í a d e los aceros, el e s p e s o r del r e c u b r i m i e n t o. y estructura. son. r e l a t i v a m e n t e s e n s i b l e s a las v a r i a c i o n e s en el p r o c e s o d e g a l v a n i z a d o . V a r i a c i o n e s en la c o m p o s i c i ó n q u í m i c a del acero; t e m p e r a t u r a del b a ñ o de Z n ; las c o n d i c i o n e s físicas del a c a b a d o s u p e r f i c i a l del acero ( t a m a ñ o de grano, e s f u e r z o s , m i c r o e s t r u c t u r a , rugosidad); c o m p o s i c i ó n q u í m i c a del b a ñ o ; la limpieza del material; c e n t r i f u g a d o ; v e l o c i d a d d e e n f r i a m i e n t o d e s p u é s del g a l v a n i z a d o ; p u e d e n a f e c t a r el e s p e s o r del r e c u b r i m i e n t o , las p r o p i e d a d e s m e c á n i c a s y la apariencia del r e c u b r i m i e n t o ' 5 ' .. 2.6.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL ACERO.. A u n q u e casi cualquier acero p u e d e ser g a l v a n i z a d o , su c o m p o s i c i ó n p u e d e afectar c o n s i d e r a b l e m e n t e las p r o p i e d a d e s del r e c u b r i m i e n t o . Si, P, C y M n p u d i e r a n estar presentes en el a c e r o y p u e d e n influenciar los m e c a n i s m o s d e reacción del Fe-Zn d e p e n d i e n d o d e su concentración' 5 '.. El c o n s t i t u y e n t e q u e m á s i n f l u e n c i a al acero es el silicio, el cual se adiciona al acero c o m o Fe-Si para r e m o v e r el o x í g e n o del acero f u n d i d o a n t e s del v a c i a d o . En aceros al alto Si, el i n c r e m e n t o. en el espesor del r e c u b r i m i e n t o , p r o v i e n e del. crecimiento. acelerado d e los i n t e r m e t á l i c o s Fe-Zn. Este c r e c i m i e n t o a c e l e r a d o es d e b i d o a la f o r m a c i ó n d e p e q u e ñ o s g r a n o s e m p a c a d o s h o l g a d a m e n t e en el m á s d e l g a d o d e los intermetálicos del r e c u b r i m i e n t o , p e r m i t i e n d o al Z n f u n d i d o p e n e t r a r a la s u p e r f i c i e del substrato (acero), p e r m i t i e n d o la continuación de la reacción' 5 '..

(50) 2.6.2 TEMPERATURA EN EL BAÑO DE CINC.. Para aceros c o m u n e s , un i n c r e m e n t o en la t e m p e r a t u r a del b a ñ o , si ésta n o e x c e d e el rango d e o p e r a c i ó n , resulta en una d i s m i n u c i ó n en el t i e m p o d e i n m e r s i ó n y m e j o r a el drenado d e l Z n del recubrimiento. E l espesor del recubrimiento p a r a u n acero c o n S i d e p e n d e f u e r t e m e n t e d e la t e m p e r a t u r a ' 5 1. 2.6.3 CONDICIONES SUPERFICIALES EN EL ACERO.. L a c o n d i c i ó n s u p e r f i c i a l del acero con r e s p e c t o a la r u g o s i d a d y m i c r o estructura i n f l u e n c i a n el e s p e s o r del recubrimiento. L a r u g o s i d a d d e la s u p e r f i c i e i n c r e m e n t a el perfil y p o r e n d e el área superficial del material, r e s u l t a n d o en un i n c r e m e n t o en el espesor del r e c u b r i m i e n t o . M i c r o e s t r u c t u r a s d e g r a n o s finos p u e d e n resultar en b a j o s p e s o s del recubrimiento' 1 1 } .. 2.6.4 COMPOSICIÓN QUÍMICA EN EL BAÑO DE CINC.. Algunos. elementos. se. adicionan. a. la. paila. con. la. finalidad. de. alcanzar. e s p e c í f i c a m e n t e p r o p i e d a d e s físicas o m e c á n i c a s r e q u e r i d a s . A u n q u e el c o n t e n i d o d e P b (alrededor d e 1%) en la paila n o tiene efecto en la v i s c o s i d a d del Z n f u n d i d o , éste p u e d e a f e c t a r la t e n s i ó n superficial, resultando en un m e j o r d r e n a d o del Z n en los p r o d u c t o s p r o c e s a d o s . L o cual representa una v e n t a j a c u a n d o se p r o c e s a n f o r m a s g e o m é t r i c a s complejas'^.. L a adición de Al en el b a ñ o ( 0 . 0 0 5 % ) resultará en un i n c r e m e n t o en la brillantez c o m o en la calidad s u p e r f i c i a l del p r o d u c t o t e r m i n a d o . E s t e t a m b i é n retarda la o x i d a c i ó n del Z n líquido p r o v o c a n d o un f l u j o m a s s u a v e d e Z n s o b r e la s u p e r f i c i e , m e j o r a n d o el d r e n a d o del m a t e r i a l d e exceso ( 5 > ..

Mostrar más

Nuevo documento

ed.; Educar en la esperanza: semillas de vida plena, Actas del XIV Encuentro de filosofía y educación, Instituto Superior de Filosofía “San Juan Bosco”, Burgos, 2010, 141 pp.. Sanz de
El consumo nostálgico de aristocracia
Este estudio analiza un proceso emergente dentro de las nuevas tendencias sociales de consumo, caracterizado por el rechazo al consumo masivo, raso y uniforme e inclinado hacia un tipo
Environmental change and the future of consumption: implications for consumer identity
On the level of the individual, it is important to recognize that green consumer behavior constitutes a constellation of behaviors that are most likely to be enacted as part of a
Consumo e hipermodernidad: una revisión de la teoría de Gilles Lipovetsky
Por otro lado, la esfera de lo público se debilita, lo que da lugar a un aumento de la indiferencia de la población hacia la política y lo social en general: como dice Lipovetsky, esta
Consumo e identidad: un enfoque relacional
Por tanto, cuando se identifica un problema como “social”, este enfoque propone analizarlo como una realidad que surge de cursos de acción recíproca entre sujetos reflexivos, es decir,
What is wrong with consumerism? An assement of some common criticisms
For example, the claim that consumers are materialistic, discussed earlier, is sometimes combined with another popular thesis concerning consumer behaviour, one that derives from
Entrevista a Colin Campbell
El error que, según creo, generalmente cometen los sociólogos del consumo es el de creer que los jóvenes con un relativamente elevado poder adquisitivo son el mejor criterio de
 Consumo e identidad
Precisamente esta discontinuidad básica entre estructura social y motivaciones individuales ha sido el punto de partida sobre el que se han construido los enfoques más predominantes
A History of American Imperialism from Benjamin Franklin to Paul Wolfowitz, Princeton University Press, Princeton, 2010, 271 pp.. Wengrow, D.; What Makes
GUTMANN, A , La identidad en democracia, Kaltz, Buenos Aires, 2008, 308 pp
El sistema de la protección bilateral, que protege al mismo tiempo al Estado y a la conciencia individual, señala el marco institucional más propicio para el reconocimiento del carácter

Documento similar

PREVALENCIA DE SIGNOS Y SÍNTOMAS DE DCM EN UN GRUPO DE NIÑOS DE 6 A 12 AÑOS
Al igual que en los resultados de los ruidos referidos, la mayoría de los autores que encontraron resultados muy diferentes de los demás estudios, es que estudiaron sujetos con
1
4
247
LOS GASES DE LA COMBUSTION
Valores típicos en los gases de combustión: Calderas de biomasa – 40 ppm – 200 ppm Calderas de gasoil: 40 ppm – 150 ppm Calderas de gas: 30 ppm – 100 ppm Óxidos de nitrógeno NO y
0
0
13
La evacuación de los gases de la combustión
Aumentando la altura de la chimenea se facilita el tiraje, porque de esta manera se induce un igual levantamiento de la columna de aire externa, que se vuelva más pesada: si la
0
3
27
200.000-33.880=166.120 años desencarnado - AMOR, VIDA y CONSCIENCIA
Observamos sin enjuiciar, que en el mundo exterior cada persona tiene sus ocupaciones, pero que en el interior todos tenemos un mismo y único propósito: traer el Cielo a la Tierra;
0
12
418
LOS CÓDIGOS OCULTOS
Y, muy especialmente, tomando como base la narración de la cena del Evangelio de san Juan, se ofrece una colosal alegoría sobre el Santo Grial: Leonardo coloca copas delante de todos
0
2
157
CRÓNICAS DE ÁVALON
Observamos sin enjuiciar que en el mundo exterior cada persona tiene sus ocupaciones, pero que en el interior todos tenemos un mismo y único propósito: traer el Cielo a la Tierra; vivir
0
6
109
Sevilla: Congreso Ciencia y Espíritu
En esta dinámica que he sintetizado, preguntas, opciones, traída a la realidad de la opción que sintoniza con mi estado consciencial en el momento presente, dinámica que va cambiando mi
0
6
8
Transcripción de Abraham en directo: Un taller sobre la Ley de la Atracción
Este amigo es el responsable de tu expansión, pero ahora ésta es la parte interesante: si eres como la mayoría de las personas, en estos momentos estás usando a este amigo y esta
0
2
9
PRACTICANDO EL PODER DEL AHORA
A continuación, y cada vez con más frecuencia, eliges enfocar la conciencia en el momento presente más que en el pasado o en el futuro, y al darte cuenta de que has perdido el ahora,
0
0
30
NOTA DEL REVISOR DE ESTA TRADUCCIÓN AL ESPAÑOL
Libro: “MUERO POR SER YO” de ANITA MOORJANI Mar/2012 Traducción libre y gratuita al español de mi esposa y revisión mía Sep/2012.. [ ir al ÍNDICE con links de este documento ] NOTA
0
0
139
EL OJO DEL YO
Se descubrirá que el universo es una extrapolación de las categorías de formación y procesamiento de conceptos y, con el tiempo, se trascenderán los limites del paradigma newtoniano de
0
0
270
Primeras pginas Ecologa mental
Introducción Paz y Ecología Mental Experimentar… … una actitud Guía de trabajo de Ecología Mental Mirar al río que pasa Enfoque 1: Escucho la voz del pensador El espacio es
0
0
8
8I REVISTA SÍNDROME DE DOWNI
TENER UN HERMANO O HERMANA CON SÍNDROME DE DOWN: PERSPECTIVAS DE LOS HERMANOS PRESENTACIÓN Y JUSTIFICACIÓN Cuando los padres que esperan un hijo reciben el diagnóstico prenat al de
0
0
20
Soldabilidad de aceros IF y HSLA galvanizados para aplicaciones automotrices
El par de electrodos utilizados en el acero HSLA 1.81 mm mantiene un área constante durante los 1000 puntos de soldadura durante la prueba de calidad de soldabilidad, mientras que el
0
0
229
Soldabilidad de aceros IF termogalvanizados para aplicaciones automotrices
El propósito de este trabajo es investigar el efecto del contenido de Sb en la paila, así como las condiciones de procesamiento de termogalvanizado en la soldabilidad por resistencia
0
0
236
Show more