ENSAYOS DE CORROSIÓN CON TENSIÓN

1. Preparación del ensayo
2. Ensayo con tensión a 80ºC
3. Ensayo con tensión a 40ºC
4. Comparativa ensayos con y sin tensión
5. Imágenes del resultado de las muestras

Las tensiones a las que están sometidas las arandelas belleville, es uno de los factores que influyen acelerando el proceso de corrosión, tanto en piezas de acero inoxidable, como, en las que llevan una protección anticorrosiva. Así mismo, el incremento de la temperatura, también afecta negativamente a la resistencia de las piezas a los agentes corrosivos.

En los ensayos que mostramos a continuación, podemos ver la resistencia de las piezas a la corrosión cuando se hallan bajo tensión. Realizamos dos ensayos idénticos, pero a diferente temperatura, para analizar, además, el efecto que tiene esta sobre la corrosión. A continuación de los resultados mostramos fotografías del estado de las piezas después de los ensayos.

Finalmente usaremos los resultados de estos ensayos, para compararlos con los que realizamos de las piezas sin tensión. Con ello podemos ver la variación que se produce en una u otra situación.

La corrosión de muelles de platillo, cuando estos se encuentran bajo tensión, acostumbra a provocar la formación de grietas, las cuales hacen que la arandela muelle, sometida a fuertes tensiones, se acabe fracturando.  En estos ensayos, medimos la vida de las arandelas belleville, expresada en horas, antes de fracturarse por fatiga, debido a la acción de los agentes corrosivos.

Preparación del ensayo

Para realizar este ensayo, colocamos las arandelas belleville en apilamientos de piezas 6 x 1 (es decir seis arandelas apiladas en serie). Estos apilamientos se comprimen hasta el 80% de su recorrido y se sumergen en el medio corrosivo, dentro de un vaso contenedor sellado, como el de la imagen. Preparamos dos juegos de muestras, usando los diferentes aceros inoxidable y los recubrimientos anticorrosivos, tal y como explicamos en la página de metodología de los ensayos. Introducimos, primero uno de los juegos de muestras en una cámara a temperatura estable de 80ºC y luego otro, en otra cámara a 40ºC, para posteriormente establecer las comparaciones.

Las muestras fueron examinadas diariamente, para observar su evolución. Las soluciones corrosivas, donde están sumergidos los apilamientos, son renovadas cada dos semanas. El test se da por finalizado cuando una de las piezas se fractura. De todas formas, establecemos un límite de 2.500 horas, a partir del cual, el ensayo se da también por concluido, entendiéndolo como un límite de resistencia suficiente.

Este experimento fue repetido varias veces. En cada caso, se tomo el peor tiempo de vida del apilamiento, para su evaluación.

Ensayo con tensión a 80ºC

En la tabla siguiente, podemos ver el resultado del ensayo para los apilamientos, realizado a 80ºC de temperatura:

Condiciones del Ensayo:

• Temperatura: 80ºC
• Los muelles se montan en un apilamiento de 6x1 (Serie) comprimido al 80% de su capacidad.

Tabla en PDF

Conclusiones

• Todos los apilamientos de muelles de platillo mostraron una buena resistencia al Hidróxido de sodio NaOH 0,1N, en comparación con las otras soluciones corrosivas. Incluso las piezas con  pintura diluida en agua, la cual se disolvió completamente tras dos días, soportaron sin fracturarse. Esto es debido a las capas de óxido o hidróxido protector que se forman en soluciones como esta, donde el PH es mayor de 10.
• Los aceros inoxidables tan solo se fracturaron en la solución de Cloruro de magnesio MgCl₂ al 40%, a excepción del 1.4568 Kolterised, que también sufrió fractura en el agua de mar.
• Los recubrimientos en Dacromet y Geomet ofrecieron un buen resultado en todos los medios corrosivos, salvo en el ácido cítrico (C₈H₈O₇) 0,1M.
• Todas las piezas con recubrimiento sufrieron fractura en el ácido cítrico (C₈H₈O₇) 0,1M donde una vez más se demostró que es necesario el uso de acero inoxidable.

Ensayo con tensión a 40ºC

Una vez analizados los apilamientos del ensayo realizado a 80ºC, se repite el mismo ensayo pero a 40ºC. Este segundo ensayo, solo se realiza para aquellas piezas que sufrieron fractura en el anterior. El motivo de esto es que a menor temperatura, el ratio de corrosión decrece, mejorando los resultados. Así pues no tiene sentido repetir las pruebas para esas piezas, ya que siempre serán > 2.500 horas.

Vemos en la siguiente tabla los resultados del ensayo a 40ºC de temperatura, para las piezas que fallaron en el anterior test.

Condiciones del Ensayo:

• Temperatura: 40ºC
• Los muelles se montan en un apilamiento de 6x1 (Serie) comprimido al 80% de su capacidad.

El ensayo a 40ºC no es necesario, al haber demostrado ya un resultado superior a las 2.500 horas en el ensayo anterior, a 80ºC.

Tabla en PDF

Conclusiones

• Los resultados del ensayo a 40ºC muestran una clara reducción en el número de apilamientos de arandelas que sufren fractura. Podemos ver así la influencia que tiene la temperatura en la corrosión de piezas que se hayan comprimidas.
• Las piezas aceitadas, que habían mostrado el peor resultado a la corrosión en los test de inmersión sin tensión, han demostrado sin embargo, una buena resistencia a la rotura en casi todos los medios. Podemos ver, que a 40ºC, tan solo el ácido cítrico ha sido capaz de fracturarlas.
• La protección basada en pintura diluida en agua, que había mostrado cierta resistencia a la corrosión en los ensayos sin tensión, se muestra aquí poco efectiva. Este recubrimiento se ha fracturado en todos los medios, con excepción del Hidróxido de sodio NaOH 0,1N.

Comparativa ensayos con y sin tensión

Una vez vistos los resultados de los ensayos bajo tensión a dos diferentes temperaturas, podemos establecer una comparativa con los resultados obtenidos anteriormente en los ensayos sin tensión.

Para ello comparamos los resultados de los siguientes test:

• De una parte los resultados obtenidos en la primera tabla (exceptuando el agua de mar), es decir, resultados de la corrosión de los apilamientos, por su inmersión en los diferentes medios, comprimidos al 80% y a una temperatura de 80ºC.
• De otra parte el resultado de la inmersión de las muestras en las cuatro diferentes soluciones corrosivas, libres de tensión y a temperatura ambiente.

Para poder establecer una comparativa homogénea entre ambos ensayos, transformamos los resultados en horas del ensayo de corrosión bajo tensión, en una valoración cualitativa según el siguiente baremo, equivalente al ensayo sin tensión:

• Bueno (B): Por encima de las 2.500 horas sin fractura y con baja manifestación de corrosión (puntos)
• Moderado (M): Con fractura entre 1.200 y 2.500 horas o con claras manifestaciones de corrosión (manchas)
• Pobre (P): Con fractura entre 300 y 1.200 horas o bien las piezas aparecen totalmente cubiertas de una fina capa de corrosión.
• Muy Pobre (MP): Con fractura por debajo de las 300 horas o bien las piezas muestran una corrosión manifiesta por una gruesa capa.

Como vemos, no solo se tiene en cuenta las horas sin fractura de las piezas. Es importante también considerar el estado de corrosión de la pieza, que se aprecia visualmente. El hecho de que algunos apilamientos no hayan sufrido rotura, no quiere decir que su deterioro, a causa de la corrosión, les permita seguir trabajando en condiciones. Como se observa en las fotos del último apartado, algunas de las piezas, como por ejemplo las aceitadas, se encuentran en un estado de corrosión muy avanzado.

Las arandelas belleville evaluadas como buenas, permitirían continuar su uso sin ninguna reserva. Las muestras evaluadas como muy pobre, nunca deberían ser usadas. Por otra parte, las piezas calificadas como moderado o pobre, deberían estudiarse en cada caso cuidadosamente.

Esta es la comparativa en los diferentes medios corrosivos:

Resultados:

• B - Bueno (No se manifiesta ningún signo de corrosión)
• M - Moderado (Baja manifestación de indicios de corrosión, algunos puntos)
• P - Pobre (Superficie cubierta de una fina capa de corrosión)
• MP - Muy Pobre (Superficie cubierta de una capa de espesor considerable de corrosión)

Soluciones corrosivas:

• 40% MgCl₂: Cloruro de Magnesio
• 3% NaCl: Cloruro de Sodio
• 0,1 n NaOH: Hidróxido de Sodio
• 0,1 m ácido: Ácido Cítrico

• C-63: 63 x 31 x 1,8 (DIN 2093)
• B-80: 80 x 41 x 3,0 (DIN 2093)
• Kolsterised: Tratamiento que mejora la resistencia al desgaste en acero inoxidables austenísticos.

Condiciones del Ensayo:

• Temperatura Ambiente
• Sin introducción de aire en el medio

Tabla en PDF

Imágenes del resultado de las muestras

Es importante considerar también el aspecto visual de las piezas tras el ensayo. En algunos casos, aunque el apilamiento no haya sufrido rotura, podemos apreciar un estado de deterioro en las arandelas, que debemos considerar en el análisis. A continuación mostramos algunas fotos de los diferentes ensayos:

Resultados en agua de mar

Las imágenes siguientes nos muestran el estado de algunas de las arandelas, tras el ensayo de inmersión en agua de mar, bajo tensión y a 80ºC:

Resultados en solución de Cloruro de magnesio MgCl₂ al 40%

Resultado de varios de los apilamientos tras el ensayo de inmersión en la solución de Cloruro de magnesio MgCl₂ al 40%, bajo tensión y a temperatura de 80ºC:

Resultados en solución de Cloruro de sodio NaCl al 3%

Imágenes de apilamientos tras el ensayo de inmersión bajo tensión y a temperatura de 80ºC:

Resultados en Ácido cítrico (C₈H₈O₇) 0,1M

Imágenes del resultado de los ensayos sobre varios apilamientos en inmersión en ácido cítrico, bajo tensión a 80ºC: