3ras Jornadas ITE - 2015 -Facultad de Ingeniería - UNLP EFECTO DE LA DEFORMACION POR TRACCION UNIAXIAL SOBRE LA FISURACIÓN Y RUGOSIDAD DE RECUBRIMIENTOS GALVANNEAL Baldino,Guido A.a;Ortiz,Gonzalo E.a,b;Elsner,Cecilia I.c; Seré,Pablo R.c,Culcasi,J. Daniel d (a) Ingeniero de Proceso - Aluar Aluminio Argentino S.A.I.C. (b) Testing Engineer -Schlumberger Argentina S.A. (c) CIDEPINT: Centro de Investigación y Desarrollo en Tecnología de Pinturas. (CIC-CONICET. Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de La Plata. (d) LIMF: Laboratorio de Investigaciones de Metalurgia Física “Ing. Gregorio Cusminski” Facultad de Ingeniería - Universidad Nacional de La Plata. e-mail (autor de contacto): [email protected] Palabras clave: galvanneal, deformación, rugosidad, fisuras. 1. Introducción El “galvanneal” es un recubrimiento de compuestos intermetálicos de hierro y cinc, que se forma cuando una chapa de acero galvanizado es sometida a un recocido, permitiendo que, por difusión, el hierro del sustrato de acero forme una aleación con el cinc del recubrimiento. El resultado es un recubrimiento formado por capas de compuestos intermetálicos de aproximadamente 90% de cinc y 10% de hierro. A finales de los años 70’s, se empezó a utilizar chapa de acero galvanizado para la carrocería de los automóviles a fin de contrarrestar los efectos de la corrosión [1]. Debido a que la resistencia a la corrosión, la pintabilidad y la factibilidad de realizar soldaduras por puntos (tipo de soldadura de mayor uso en la carrocería de los automóviles), son parámetros importantes en la fabricación y desempeño de la carrocería de un automóvil, el “galvanneal” ha ido ganando terreno en esta industria gracias a que puede fabricarse a bajo costo en líneas de galvanizado continuas. El “galvanneal” actualmente es utilizado en el 70% de los automóviles fabricados en Norte América y en China, y prácticamente en el 100% de los automóviles fabricados en Japón [2]. El “galvanneal” tiene una apariencia mate uniforme, a diferencia del galvanizado, que es de apariencia brillante y se pueden observar los macrogranos de cinc incluso después de ser pintado. A escala microscópica, la superficie del “galvanneal” posee fisuras, lo cual resulta en una buena adhesión entre la pintura y el recubrimiento, permitiendo ser pintado sin necesidad de ningún tratamiento previo. El recubrimiento de “galvanneal” presenta mayor resistencia eléctrica, mayor dureza y mayor punto de fusión respecto al galvanizado, lo que permite obtener una soldadura por punto a menor intensidad de corriente y mayor duración de los electrodos [3]. 2. Parte experimental Se utilizaron muestras de galvanneal de origen comercial de calidad automotriz. Las muestras fueron sometidas a deformación uniaxial, utilizando una máquina de ensayos de tracción marca EMIC modelo DL 3000 que desarrolla una carga máxima de 30kN,utilizando probetas de dimensiones 300x40x0,7mm y sometiéndolas a diferentes grados de deformación, para así poder estudiar los efectos ocasionados en el material. Las muestras fueron sometidas a 5%,10%,15%, y 20% de deformación.El efecto de la deformación se estudió realizando conteo de fisuras y medición de rugosidad sobre las probetas deformadas y sin deformar. Para la caracterización del recubrimiento por metalografía las muestras se sometieron a un revelado químico recomendado porMarder [4]. Las muestras después de ser pulidas, se 581 Departamento de Mecánica 2015 - Año Internacional de la Luz 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP sume rg ie ronenunaso luc iónde1%deác idop í c r i co,1%deá cidon í t r i coena l coho lam í l i co du ran te20segundos ,po s te r io rmen tesume rg idasena l coho le t í l i coyf ina lmen teenunrea c t i vo conla m i smacompo s i c iónquee lin i c ia lconag regadode4go tasdeác idoh id ro f luo rh íd r i co du ran te10segundos . Ad i c iona lmen te ,se u t i l i zólatécn i ca“ s t r ipp ing ”anód i cocone lp ropós i todecomp lemen ta re l aná l i s i s me ta log rá f i codelae s t ruc tu rade l“ga l vannea l ” ,pa raen con t ra rfa se squenosehan pod idore ve la rcone la taquequ ím i coenlaobse r va c iónpo rm i c ros cop íae lec t rón i cadeba r r ido . Es tatécn i cae lec t roqu ím i cacomb inae lusodeunaso luc iónquea tacase lec t i vamen teafa ses r i casenZnylaap l i cac ióndeco r r ien teanód i caqueace le ralad i so luc ióndelasfase s .Como e lec t ro l i toseu t i l i zóunaso luc iónde0 ,35MZnSO4+3 ,42M NaC l ,comoe lec t rododere fe renc ia unodeca lome lsa tu rado(ECS )yuna lamb redep la t inodeg raná reacomocon t rae lec t rodo .E l s i s temasede jóe s tab i l i za rac i r cu i toab ie r todu ran te5 m inu to syluegoseap l i cóunaco r r ien te de7 mA .Lasva r iab lesdeen sayosede f in ie ronsegúne lt raba jorea l i zadopo r Que i rozyCos ta [ 5 ] .La ob se r vac ión delas mue s t ras de fo rmadas serea l i zó at ravés de un m i c ros cop io e lec t rón i codeba r r idoamb ien ta l ma r ca“ FE I”mode lo “ Quan ta200” ,equ ipadoconunde te c to r de m i c roaná l i s i spo rsondadee lec t rones ma r ca“ EDAX” . Pa rae va lua re le fec todelade fo rma c iónsob relosrecub r im ien tosserea l i zóun con teode f i su rasE s tee s tud ioseba saen emu la rlasten s ionesquep roducenlosp ro ce so sindus t r ia les decon fo rmadoalosquesonsome t idaslaschapa sde“ga l vannea l ”come r c ia lpa ralaindus t r ia au tomo t r i z .S ib ienlos es fue r zos det ra cc ión nosonlos ún i cos quet ienenluga r en e s to s p roce so s ,comounap r ime raap rox ima c iónpa rae s tud ia re lcompo r tam ien tode lrecub r im ien to secons ideravá l ido .Se c las i f i ca ronlasf i su ras encua t rot ipos d i s t in tos :A ,B , Cy D . Las m i sma ses táne jemp l i f i cadasenlaF igu ra1 . T ipoA :pe rpend i cu la resa lrecub r im ien to . T ipoB :decohe s iónde lrecub r im ien toenlain te r fazace rorecub r im ien to . T ipoC :b i fu r cada s. T ipoD :f i su raspa ra le lasa lrecub r im ien toquenoes tánsob rela . T ipoD T ipoC T ipoA T ipoB F igu ra1. Imág ene squ emá t i cad e lo scua t rot ipo sd ef i su ra s . Pa ra cuan t i f i ca re le fec to dela de fo rmac ión sob relarugos idad supe r f i c ia l se u t i l i zó un rugos íme t ro ma r ca“ Homme lTes te r” ,mode lo“T1000 Bas i c ” . Se de te rm ina ronloss igu ien tes pa ráme t ros :rugo s idad med ia(Ra ) ,a l tu ra máx imadep i coderugo s idad(Rz ) . 3 . Resu l tadosyd iscus ión 3 .1 . Aná l i s i sme ta log rá f í co La m i c roes t ruc tu rare ve lada dela mue s t ra de “ga l vannea l ”s in de fo rma rse p re sen ta enla Figu ra2 .Ene l lasepuedeob se r va rre ve ladalaes t ruc tu raco lumna rdelafaseδ ,o t rasfa se s p resen tesene lrecub r im ien to ,nopud ie ronse rre ve lada s med ian tees tep ro ced im ien to . 5 8 2 D epa r tam en t od eM e cán i ca 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP F igu ra2. M e ta log ra f íad e“ga l vann ea l ”com e r c ia ls ind e fo rma r . Se ob se r valadecohe s ión en t re e lrecub r im ien to y e l sus t ra to . Es to pod r ía debe r se ala d i fe renc iaen t relade fo rmab i l idadde lsu s t ra toye lrecub r im ien to ,asoc iadoalade fo rma c ión inhomogéneaquep roduc i r íae lp rocesode“ sk in pas s ”. 3 .2 . “S t r ipp ing ”anód i co Lacu r va Evs . tob ten idas a lap l i ca re l esca lón deco r r ien te ala p robe ta de“ga l vannea l ” come r c ia lnode fo rmadasep re sen taenlaF igu ra3.E lpo ten c ia la lquesede f inenlas me se ta s esca ra c te r í s t i codelasfasesexpues ta sylalong i tuddela m i smasev in cu lacone lespe so rde cadaunadee l las . Tomandocomore fe renc iae lt raba jode Que i rozy Cos ta[5]cadazona ind i cadaene lg rá f i copuedea so c ia r seconunafa sede lrecub r im ien to : ZonaA=D i so luc ióndefaseZe ta( ζ ) . ZonaB=D i so luc ióndefasede l ta(δ ) . ZonaC=D i so luc ióndefasegamma(Γ ) . ZonaD=D i so luc ióndecapain te r fac ia lr i caenh ie r ro . ZonaE=D i so luc iónde lace ro . F igu ra 3. Cu r vap o t en c ia l( E )v s .t i empoob t en idad e len sa y od es t r ipp ings ob r e“ ga l v ann ea l ”s i nd e fo rma r . Enlaszonas AyBsep roduceladi so luc iónse lec t i vade lc inc ,e nlazona Bseobse r vanlos p r ime rosione sFe+3 enso luc ión ,ind i candoe lcom ienzodelad i so luc ióndeh ie r ro .EnlazonaC luc ión y quedando se con sumelafase δ ,inc remen tándose e lcon ten ido de Fe+3 enla so pequeñascan t idade sdec incene lrecub r im ien to .Enlazona De lrecub r im ien to te rm inade d i so l ve r seye lva lo rdepo tenc ia lsees tab i l i zaenE , queco r responded i so luc iónde lsus t ra to [ 5] . 5 8 3 D epa r tam en t od eM e cán i ca 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP Losva lo resdepo ten c ia ldeco r ros ióndecadafasesere lac ionanconcadaunadelaszona s de f in idasan te r io rmen teyenlaTab laIsede ta l lanlosva lo resdepo ten c ia lca rac te r í s t i cosde cadaunadelasfase s.Lo sva lo resha l ladosco inc idenconlosen con t rado spo r Que i roz[36 ] . T ab l aI .P o t en c ia l e sd ed i so l u c ió nanód i caca ra c t e r í s t i co sd el a sd i s t i n t a sfa s e sd e t e c ta da senl a smu e s t ra sd e“ ga l vann ea l”s i nd e f o rma r . 3 .3 . F a se A B C D E Po t en c i a l 0 , 851V 0 , 809V 0 , 772V 0 , 730V 0 , 470V De fo rma c ióndep robe ta s Enlos en sayo sdet racc iónseobse r vólap resen c iadef luenc iad i scon t inua .E s tefenómeno su rgepo rlain te racc ióndelasd i s locac ione sconso lu tosin te r s t i c ia lescomoe lca rbonoye l n i t rógeno . Cone lf indeve r i f i ca re lt ipodeace rode l ma te r ia ldepa r t ida ,sep ro ced ióarea l i za r unaná l i s i sdecompos i c iónqu ím i capo respec t rome t r íadeem i s iónóp t i ca ,cuyoresu l tadose mue s t raenlaTab laI I . Tab laI I .Compo s i c iónd e lsu s t ra to . Compo s i c iónqu ím i c a(%m ) C A l S i Mn P S T i V Nb 0 ,014 0 ,041 0 ,005 0 ,239 0 ,024 0 ,010 <0 ,001 <0 ,002 0 ,026 3 .4 . Ca ra c te r i za c iónycuan t i f i ca c ióndef i su ra s Losresu l tado sind i ca ronquee sap rec iab lee le fec toquep roducelade fo rmac iónpo rt rac c ión sob relafo rma c ióndef i su ras ,encan t idady mo r fo log ía .Esc la ralatendenc iade linc remen to enlacan t idaddef i su rast ipoA ,cone laumen toene lg radodede fo rmac ión .M ien t rasquelas t ipo B , C y D com ienzan a c re ce r en núme ro po r enc ima de l 10% de de fo rma c ión .S in emba rgo ,seob se r vóunapa r t i cu la r idadene lrecub r im ien tocon15%dede fo rma c ión ,yaque e lg radodef i su rac iónfue meno rquela mues t rade fo rmada10% . EnlasFigu ra4sep resen tanimágene s de lco r tet rans ve r sa lde lrecub r im ien topa racadag rado dede fo rmac ión . Pa ra e l aná l i s i s delain f luenc ia de lg rado de de fo rma c ión a n i ve lsupe r f i c ia l setoma ron fo tog ra f íasSEMcomp lemen tandoe les tud iode lco r tet ransve r sa l .Losresu l tadosp resen tado s enla F igu ra5demues t ranquea mayo rg radodede fo rmac iónseinc remen talacan t idadde f i su rasydecam ino sdep ropaga c ión . 5 8 4 D epa r tam en t od eM e cán i ca 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP F igu ra4 .Im á g ene sr ep r e s en ta t i va sd el a s mu e s t rasana l i zadasp a r ac ad ag r adod ed e fo rma c iónob t en id a spo rm i c ro s cop í a e l e c t rón i c a. F igu ra5 .Fo tog ra f ía sd e la ssup e r f i c i e sd e“ga l vann ea l ”com e r c ia lcond i f e r en t e sg rado sd ed e fo rma c ión ,ob t en ida spo r m i c ro s cop íae l e c t ron i ca . 3 .5 . Rugo s idad Comose mue s t ra enla F igu ra 6,lasp robe ta s de“ga l vannea l ”de fo rmada sp re sen tan una c rec ien te rugo s idad med ia (Ra ) en amba sd i recc iones de med i c ión a med ida que se inc remen tae lg radodede fo rmac ión .S inemba rgonoseen cuen t raunadependen c iama r cada en t re e lg rado de de fo rmac iónye lva lo rde lpa ráme t ro Rz,deno tando quelarugo s idad e s homogénea en e l pe r f i l med ido. La dens idad de p i co s po r un idad delong i tud(Dp ) ,e s dec re c ien tecone laumen tode lg radodede fo rma c ión .Se man t ienee lfenómenoen t ree l10%y 15% de de fo rmac ión ,s iendo mayorla den s idad de p i coscon e l15% quecon e l10% de de fo rma c ión . 5 8 5 D epa r tam en t od eM e cán i ca 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3 ra sJo rnada sITE- 20 15-Fa cu l tadd eIng en i e r ía-UNLP F igu ra7 .Compa ra c iónd eva lo r e sd eRa ,R z 4 . Conc lus iones Laca rac te r i zac ióne lec t roqu ím i cadelosrecub r im ien tos“ga l vannea l ”esunbuencomp lemen to dela me ta log rá f i ca ya que e v idenc iala p resen c ia delasfase s ze ta( ζ )y gamma(Γ ) no obse r vada sene laná l i s i s me ta log rá f i co . Enla mue s t raconun15%dede fo rma c iónseob se r va ron mayo rcan t idaddedesp rend im ien to s de lrecub r im ien to .Dado queenla mue s t racon10%dede fo rmac ión ,haycons ide rab lemen te mayo rdens idaddef i su rast ipoB , Cy Dyes tassep ropaganend i recc iónpe rpend i cu la ralas det ipoA,lad i sm inuc iónenladens idaddef i su raspod r íadebe r sealain te r comun i cac iónen t re u rast ipoApo r lap ropaga c ióndelaso t ras ,gene rando“ f lak ing ”. f i s Es no tab le la d i fe renc ia en t rela mo r fo log ía delasf i su rast ipo A con e lg rado de de fo rma c ión, dadoquea mayo rde fo rmac ión , másancha ssonlasf i su ras . El aumen to de la dens idad de f i su ra s con e l g rado de de fo rmac ión inc remen ta con s ide rab lemen tela rugos idad med ia( Ra) .Es tosresu l tado s son con s i s ten te s ya quela fo rma c ióndef i su rasc reanue vosp i cosyva l les .Loinve r sosucedeconladens idaddep i cos , yaquea laumen ta rlade fo rma c iónlosnue vo sp i cossea le jangene randod i sm inuc ióndela den s idaddef i su ras . Encuan toa Rz ,noseobse r vancamb ioscone lg radodede fo rma c ión .Po rlotan to ,sepuede dec i rquee lrecub r im ien to“ga l vannea l ”p rác t i camen tenosu f rede fo rmac iónp lás t i cadu rantela t racc ióny ,po re lcon t ra r io ,t ieneuncompo r tam ien tof rág i l .Enes tesen t ido ,secon c luyequees p roc l i veaf i su ra r sean te squeade fo rma r se .Es toserea f i rmaten iendoencuen taquenose obse r va roncamb iosene lespeso rde lrecub r im ien to . 5 . Re fe renc ias [1 ]Y . Suzuk i ,“Ga l vannea leds tee lshee t s :t rendsandde ve lopmen t sinJapan ” ,P roc .8 th .In t . Con f . OnZ incandZ incA l loyCoa tedS tee lShee t(Ga l va te ch2011 ) , Geno va ,I ta l ia ,2124jun io , 2011 . [2 ]F . Goodw in ,E .S i l va ,“No r th ame r i can z incbased shee ts tee l coa t ings :re v iew and p rospec t s ” ,P roc .8 th .In t . Con f . OnZ incandZ incA l loy Coa tedS tee lShee t(Ga l va tech2011 ) , Geno va ,I ta l ia ,2124jun io ,2011 . [3 ]A .R . Ma rde r ,“The me ta l lu rgyo fz inc coa teds tee l ” ,P rog ressin Ma te r ia l sSc ience45,2000 ; 191 :271 . [4 ]C .E .Jo rdan ,K .M . Gogg ins ,A .O . Bens co te r ,A .R . Ma rde r , “Me ta l log raph i cP repa ra t ion Techn iquefo r Ho tD ip Ga l van i zed and Ga l vannea led Coa t ings on S tee l ” , Le igh Un i ve r s i t y , Ma te r ia l sSc iendeandEng inee r ingDepa r tmen t ,Be th lehem ,PA . 5 8 6 D epa r tam en t od eM e cán i ca 20 15-AñoIn t e rna c iona ld elaLu z 3ras Jornadas ITE - 2015 -Facultad de Ingeniería - UNLP [5] F. M. Queiroz y I. Costa (“Electrochemical, chemical, and morphological characterization of galvannealed steel coating”). [6] X.G. Zhang, I.C. Bravo, “Corrosion 50”, Abril 1994, p.308. 587 Departamento de Mecánica 2015 - Año Internacional de la Luz