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Jornada sobre "Caracterización mecáncia de materiales metálicos"

El próximo 26 de octubre se celebrerá en Azterlan una jornada técnica organizada por Zwick / Roell sobre "Caracterización mecánica de materiales metálicos". La inscripción se formalizará enviado un correo electrónico a Ana.Ponce@zwick.es o mediante fax (934648048). Si desea conocer el programa o rellenar el formulario de inscripción piche en la imagen adjunta y podrá visualizar el documento con mayor nitidez.

Control de la corrosión por hidrógeno en aceros

Recientemente, AZTERLAN ha puesto a punto una nueva instalación orientada al ensayo de materiales conforme a normas NACE internacionales que regulan el comportamiento de los aceros a la corrosión por hidrógeno.

En particular, se pueden ensayar materiales según los siguientes métodos normalizados:

- NACE TM0177 “Laboratory Testing of Metals for Resistance to Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking in H₂S Environments”, método B (Bent-Beam test) y método C (C-ring test)
- NACE TM0284 “Evaluation of pipeline and Pressure Vessel Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking”

Los aceros al carbono y los aceros de baja aleación se utilizan ampliamente en la industria petrolera principalmente por razones económicas. Sin embargo sufren corrosión debido a los ambientes que se generan en estos procesos químicos y de transporte. Estos ambientes corrosivos incluyen gases ácidos, como el dióxido de carbono (CO₂) y el sulfuro de hidrógeno (H₂S), y agua salada.

El ”Sulfide stress cracking” (SSC), es un fenómeno de fragilidad por hidrógeno y un serio problema para este tipo de industrias. En presencia de sulfuros, el ión sulfuro favorece la reducción de los iones hidrógeno a átomos de hidrógeno. Éstos se adsorben en la superficie del acero y después se absorben en su interior a través de límites de grano, de dislocaciones y de límites de fase. Los átomos de hidrógeno al llegar a una zona con defectos de red, al encontrar espacio, se convierten en moléculas y éstas ejercen una presión creciente hasta originar verdaderas grietas.

La rotura de una tubería o equipo de transporte de estas características puede llegar a generar una catástrofe natural de grandes dimensiones.

Los materiales aceptados para trabajar en estos ambientes se recogen en la norma NACE MR0175 que se revisa y reedita anualmente.

Existen varios métodos, recogidos en la norma NACE TM0177, para evaluar los materiales que se van a aplicar en estos usos. Los más habituales son el “Bent-Beam test” y el “C-ring test”.

El “Bent-Beam test” consiste en someter una probeta a un doblado controlado y evaluar su resistencia al agrietamiento en un ambiente acuoso de bajo pH saturado en H₂S.

El “C-ring test”, consiste en someter una probeta de tracción a una tensión controlada en un ambiente de H2S durante un tiempo máximo de 30 días. La aparición de grietas o rotura de la probeta indican susceptibilidad del material a la acción del hidrógeno.

Otro tipo de ensayos, relacionados directamente con la absorción de hidrógeno, son los ensayos HIC “hydrogen-induced cracking” y se aplican generalmente a tuberías y recipientes a presión.

Estos ensayos se rigen por la norma NACE TM0284 y se diferencian de los ensayos SSC en que el tipo de corrosión HIC se observa en aceros de baja resistencia, y se asocia con inclusiones en el acero o con estructuras bandeadas.

La evaluación de los aceros se realiza midiendo el número y tamaño de las grietas bajo la superficie de una probeta sometida a un proceso de inmersión de 96horas en una solución de agua de mar sintética o una mezcla de NaCl-ácido acético, saturada con H₂S.

Las normas NACE no establecen los criterios de aceptación y rechazo para estos ensayos, sin embargo, se han realizado numerosos ensayos que correlacionan la experiencia en ciertos materiales con los resultados de los ensayos de laboratorio.

Restar para sumar

[Publicado en Deia]Durango y los municipios de la comarca han reducido de forma notoria en los últimos años la polución del aire para ganar en calidad de vida.

FUE un reportaje publicado hace un lustro en la revista Interviú (que también es leída aunque no lleve fotografías) el detonante que sacudió el statu quo de Durango y del resto de localidades de su entorno. El artículo periodístico en cuestión, ilustrado con un mapa de la península, aupaba a la villa al infausto y temerario ranking de los núcleos poblacionales que presentaban una peor calidad del aire. Los datos recogidos por las estaciones de medición no eran para menos: más de un centenar de días a lo largo del año 2005 fueron vividos por los ciudadanos de la villa por encima del límite de polución permitido.

Sin embargo, desde esa fecha, la cifra de 114 superaciones que desató las alarmas sociales y políticas, ha ido reduciéndose de forma gradual hasta las tres contabilizadas en el ejercicio de 2009. Y las buenas noticias, que esta vez no aparecían en semanarios con pósters centrales, parece ser que tuvieron continuidad en 2010. "Los datos colgados en la web del Gobierno vasco nos dicen que el año pasado no hubo superaciones, pero no podemos afirmarlo hasta contrastarlo con el Ayuntamiento", apuntaban desde el centro tecnológico vasco Azterlan, encargado de definir planes de acción local para mejorar la calidad ambiental.

La metamorfosis ambiental experimentada por Durango y los municipios limítrofes ha ocurrido de la noche a la mañana: 114 días malos en 2005, 94 al año siguiente, 32 en 2007, una docena en 2008, y solo tres un año después. Las razones de esta profunda mejora en la calidad del aire que baña la comarca habría que encontrarlas, explica Ander Areitiourtena, técnico de esta firma, en la reducción de la actividad industrial a consecuencia de la crisis, en la nueva legislación que precisamente custodia con mayor control esa actividad, en la implicación y sensibilización ciudadana, y en la adopción de planes específicos por parte de las distintas administraciones municipales.

Un ejemplo reciente de esta combinación de factores y elementos ha tenido como escenario una calle de la villa durangarra (Montebideo) donde ha sido extendido un asfalto que, por así decirlo, se traga la contaminación. El NOxer (nombre científico de este material), aclaraba Areitiourtena, absorbe las principales partículas contaminantes que emiten los vehículos. "Lo que hace es estabilizar en el asfalto los óxidos de nitrógeno y los convierte en nitratos que se quedan en el asfalto y con el agua de lluvia o con baldeos son eliminados", resumía el técnico de Azterlan, centro de investigación que lleva tiempo colaborando con las instituciones públicas locales para restar días negros y sumar jornadas verdes a los calendarios de los durangarras y del resto de vecinos de la comarca.

Y es que, tal y como ratifica Areitiourtena, "la realidad de hoy por hoy en Durangaldea es que la calidad del aire es buena". En ello también han tenido que ver las populares Agendas Locales 21 desplegadas en la zona así como las campañas de información y concienciación que han acercado a la población las iniciativas puestas en marcha para limpiar el aire.

Un gran cambio "La gente está bastante sensibilizada", expresaban desde el centro tecnológico Azterlan. Y, como agrega Areitiourtena "ha habido un cambio grande en los ciudadanos. El Ayuntamiento recibía quejas casi diarias. Había alarma social y hoy eso ha disminuido. Aunque no quita para que siga habiendo empresas que tienen quejas. Pero en general, en la zona de Durangaldea, la calidad del aire es buena", concluye. A ello también ha podido contribuir la mudanza de alguna empresa a las afueras de los núcleos urbanos, por ejemplo en Iurreta. "Lo que sí se ha notado -afirmaba Areitiourtena- es el parón en la actividad. Y eso lo hemos comprobado en Elorrio, donde hay cinco fundiciones".

Precisamente en esta localidad fue colocada ex profeso por el Gobierno vasco una estación fija de medición de la calidad del aire que permite tener un mayor control de la situación ambiental, disfrazada durante años por las continuas emisiones de partículas contaminantes a la atmósfera. Sin embargo, los registros de las dos últimas anualidades reflejan que "la calidad del aire de Elorrio está siendo muy buena. Igual que en Durango", manifestaba el técnico de Azterlan.

En toda la comarca hay repartidas media docena de estas cabinas (en San Roke en Durango, en Urkiola, en la calle Padura de Elorrio, y en Zelaieta, Larrea, Montorra y Boroa en Zornotza) que cachean, rastrean, reconocen y chequean con precisión cualquier conducta anómala en la atmósfera, incluidas las temidas intrusiones subsaharianas (como la ocurrida a comienzos del pasado mes de febrero) que depositan minúsculas partículas de arena en los aparatos de medición e interpretan, erróneamente, que la polución es superior a la permitida. "Aquello fue un momento puntual", inflado además por la ausencia de lluvias, pormenorizan desde Azterlan. "Las superaciones de esas fechas serán descartadas casi con toda probabilidad el año que viene por la agencia europea que se encarga de informar a las administraciones de cuáles han sido los días con situaciones atmosféricas especiales", confiaba Areitiourtena.

De hecho, la estación de medición ubicada en el paradisíaco Parque Natural de Urkiola es un sincero y leal termómetro para conocer cómo se encuentran de salud ambiental los municipios de la comarca. Como ilustra el técnico del centro tecnológico Azterlan, la razón de colocar una de estas cabinas en esta área ajena a la contaminación obedece al simple hecho de que facilita el establecimiento de comparaciones con las zonas urbanas.

Un fenómeno natural "Las intrusiones saharianas se detectan así también. Si en Urkiola o en Pagoeta vemos una superación de los límites cuando realmente no hay polución es porque ha entrado una corriente subsahariana y hay que descartarlo porque es debido a un fenómeno natural", justifica. Esta práctica es habitual en otras zonas de la península como Asturias o Catalunya, ejemplifica. "Las particularidades de la sexta semana de 2011 deben recibir la consideración de excepcionales" en las que jugó un papel determinante la situación anticiclónica que provocó las nubes de polución que llegaron a cubrir las ciudades de Madrid y Barcelona durante varios días y de la que escaparon las urbes vascas.

En cualquier caso, ni los ciudadanos, ni los colectivos sociales ni las administraciones municipales de Durangaldea bajan la guardia. "Respirar aire limpio y sin riesgos para la salud es un derecho de toda persona. Una calidad de aire adecuada debe pasar porque la ciudadanía conozca en todo momento el estado del aire que respira y porque se establezcan planes de acción que reduzcan la contaminación", concluían los responsables de Azterlan.

Azterlan y el tratamiento criogénico de materiales

Cuando hablamos de tratamientos térmicos lo primero que nos viene a la mente es hornos y temperaturas elevadas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la temperatura ambiente es de unos 300 K, bastante alejada aún del cero absoluto. A pesar de lo que pueda parecer a primera vista, si se reduce la temperatura de un material todavía queda un amplio margen en el que se podrían desencadenar cambios microestructurales.

Esta posibilidad no se ha explorado hasta fechas relativamente recientes debido a que las temperaturas realmente bajas no existen en la naturaleza y sólo se pudieron alcanzar cuando, a finales del siglo XIX, se consiguió la licuación del aire y sus constituyentes principales (nitrógeno -196 ºC; oxígeno -183 ºC). Aunque existen experiencias relativas al efecto de las temperaturas criogénicas en los materiales desde principios del siglo XX, no puede hablarse de una industria de los tratamientos criogénicos propiamente dicha hasta hace sólo un par de décadas. Aún poco conocidos en Europa, su desarrollo e implantación están siendo rápidos en todo el mundo.

Son muchos los materiales cuyas características se pueden alterar mediante las bajas temperaturas: metales (acero, metal duro, fundición, aleaciones de cobre, de aluminio, magnesio, etc.), materiales cerámicos e, incluso, algunos polímeros. Obviamente los efectos dependen del material considerado, estando los más comunes relacionados con la resistencia al desgaste y la vida a fatiga, pero también con la conductividad, la tenacidad, las tensiones residuales… No obstante, todavía no se conocen bien los mecanismos que subyacen tras los cambios que las temperaturas criogénicas provocan en los materiales. Esto se debe a que se trata de una tecnología relativamente reciente y a que muchas de las aplicaciones se han desarrollado de forma fundamentalmente empírica.

Entre los ejemplos de aplicación habituales de esta tecnología están todo tipo de herramientas o consumibles que han de reponerse como consecuencia del desgaste o la fatiga como, por ejemplo, herramientas de mecanizado (brocas, fresas, plaquitas, escariadores, brochas…), cuchillas, punzones, matrices, moldes, rodillos, etc. No obstante, es posible encontrar ejemplos en prácticamente cualquier sector: metalmecánico, automoción, aeronáutico, forestal, minería, electrónico… Donde haya un problema de durabilidad del material puede haber una oportunidad para este tipo de procesos.

Una de las características de los tratamientos criogénicos es que, al igual que otros tratamientos térmicos, son procesos que afectan de modo permanente a todo el volumen de la pieza, es decir, no son superficiales. Esto implica que, por ejemplo, una cuchilla que haya sido tratada criogénicamente podrá afilarse cuantas veces se desee sin que se pierdan sus prestaciones.

Por otra parte, los tratamientos criogénicos también son compatibles con los tratamientos superficiales y recubrimientos antidesgaste habituales en la industria.

También cabe destacar que se trata de una tecnología totalmente respetuosa con el medio ambiente ya que, durante su proceso, los tratamientos criogénicos no producen absolutamente ningún tipo de vertido o residuo.

Se trata, por tanto, de una tecnología con un potencial de desarrollo enorme. Azterlan ha apostado por ella y ha creado un nuevo departamento dotado de los medios humanos y técnicos necesarios para poder investigar en profundidad en torno a la respuesta de diversos materiales a los tratamientos criogénicos así como a sus aplicaciones industriales. No sólo eso, ya que también cuenta con dos procesadores criogénicos industriales capaces de tratar, cada uno, más de 600 Kg. por carga. Con ellos, , Azterlan está proporcionando servicio de tratamiento criogénico a numerosas empresas. Algunas de ellas son extranjeras y, en todos los casos, están beneficiándose de la reducción en sus costes de fabricación o de la mejora de las prestaciones de sus productos.

No hay duda de que esta tecnología tiene mucho futuro pero, afortunadamente, no es necesario esperar, ya que los tratamientos criogénicos están disponibles para las empresas que lo deseen. Son una forma sencilla, ecológica y eficiente de mejorar el rendimiento de los materiales.

Azterlan and the cryogenic treatment of materials

When we speak about thermal treatments the first thing that comes to our minds is furnaces and high temperatures. However, we should take into account that the room temperature is about 300 K, still far away from absolute zero. That means that there is a quite big margin for lowering the temperature of a material and for microstructural changes to be triggered.

This possibility has not been explored until relatively recently because the really low temperatures are not available in nature. They could only be reached when, in the late nineteenth century, the liquefying process of the air and its major constituents (nitrogen -196 ºC, oxygen -183 ºC) was discovered. The first experiences concerning the effect of cryogenic temperatures on materials were done in the early twentieth century, but it was not possible to speak about a cryogenic treatment industry until just twenty years ago. Nowadays cryogenic treatments are still hardly known in Europe but their development and implementation are growing in the worldwide.

There are many materials whose properties can be altered by deep low temperatures: metals (steel, carbide, cast iron, copper, aluminium, magnesium, etc.), ceramics and even some polymers. Obviously, the effects depend on the considered material, being the most common ones those related to wear resistance and fatigue life, but also to conductivity, toughness, residual stresses... However, the mechanisms that underlie behind the changes in the materials caused by cryogenic temperatures are still poorly understood. The main explanation can be that this is a quite new technology and many of its applications have been developed empirically.

The most common examples of application of cryogenic treatments are all kind of tools or spare parts that have to be substituted as a result of wear or fatigue: machine tools (drill bits, mills, carbide inserts, reamers, broaches...), cutting knives, punches, dies, moulds, rolls, etc. It is possible to find examples in practically any sector considered (metalworking, automotive, aerospace, timber, mining, electronics ...). If there is a problem related with the durability of a material it may be also an opportunity for this technology.

One of the characteristics of cryogenic treatments is that, like other heat treatments, they permanently affect the entire volume of the treated material. So, they are not surface treatments. This means that, for example, a cryogenically treated knife can be sharpened as many times as necessary without losing its performance.

Furthermore, cryogenic treatments are also compatible with most of the surface treatments and coatings that are commonly used in industry for wear reduction.

This is an environmentally friendly technology and, during the process cryogenic treatments do not produce absolutely any kind of waste or residue.

It is obvious that this technology has a tremendous development potential. Azterlan is aware of it and has created a new department, equipped with adequate human and technical resources, to investigate in depth about the impact of cryogenic treatments in the materials and to develop new industrial applications. Not only that, since Azterlan has installed in its facilities two industrial cryogenic treatment processors, each of them capable for processing up to 600 Kg. per batch. Those equipments are being used for providing cryogenic treatment services to many companies. All of them have in common that they are achieving important benefits from the reduction in manufacturing costs or the improvement of their products’
performance.

There is no doubt about the brilliant future that cryogenic treatments have, but fortunately, there is no need to wait because this technology is already available for those companies interested on it. It is a simple, efficient and environmentally friendly way for improving the performance of the materials.