METAL DUSTING (Carburizacin Catastrfica) Enatmsferasquecontienengasescarburizantes(CO,CO2,CH4, etc), el hierro, los aceros de baja y alta aleacin y las aleaciones base NiyCo,sonsujetosalacarburizacincatastrficaconocidacomo MetalDusting,mecanismodefallaqueconsisteenla desintegracindelmetaloaleacinenpolvodegrafitoypartculas finas metlicas o de xidos. MECANISMOS DE METAL DUSTINGTipoI:involucraladescomposicindecementitauotroscarburos metaestables.TipoII:puedeserdescritocomoladesintegracindelafase sobresaturada de carbono debido a la grafitizacin interna.TipoIII:elcualoperaenacerosdealtaaleacinyaleacionesbase nquel, involucra la oxidacin selectiva de los carburos de la aleacin, no solamente los carburos de hierro.METAL DUSTING (Carburizacin Catastrfica) Metal 1 2 CO + H2 H2 + C (diss) Fe3C C(diss) + Fe Fe3C 1-Sobresaturacindelafase metlica con carbono disuelto por la transferenciadecarbonodesdela fase gaseosa 2-Formacinycrecimientodeuna capa de cementita en la superficie Ocurrecuandonoesposible,porelbajopotencialdeoxgeno,laformacinde una capa de xido protectora como en el caso de Fe, Ni y Co puros. Mecanismo de Metal Dusting aceros de baja aleacion Mecanismo de Metal Dusting aceros de baja aleacion Metal Metal 3 4 CO + H2 H2 + C (grafito) Grafito 3Fe + C Fe3C 3-Deposicindegrafito,elcual decrece localmente la actividad de carbono(aC)hacialaunidad, dejando a la cementita inestable. 4-Descomposicindela cementitaporlareaccinFe3C= 3Fe+C,formandografitoy partculasmetlicas,loscuales actancomocatalizadoresparala deposicin de coque.EnacerosdebajaomedianaaleacinyaleacionesbaseNi,generalmenteocurre en combinacin con los mecanismos I y II. METAL DUSTING (Tipo II) ElmecanismotipoIIpuede ocurrirenmetalespuros(Fe, Co,Ni)cuandoalcanzanel estadoestacionario,esdecir, despus de que ha ocurrido el metaldustingtipoI, iniciandoelprocesode degradacin.EnaleacionesFeCr,FeCrAl, FeNiCry NiFeCrAl,este tipo deataquetambinseha reportadoenconjuntoconel metal dusting tipo III.METAL DUSTING (Tipo II) Partiendodeunasuperficiecubiertaconuna pelculadiscontinuadexidoprotector,como Cr2O3 en aleaciones con Cr:a-Carburizacin:formacindeunareginenla aleacinconcarburosricosenCr,enlamatrizdel tipo M7C3 y en los bordes de grano del tipo M23C6. b-Formacindecementitametaestable(Fe,Ni)3C enlamatrizempobrecidadeCr,seguidaporla descomposicindelacementita(tipoI)y/o fragmentacindirectaporgrafitizacin(tipoII). Losproductosdecorrosinserancementitao partculasFe/Ni,grafitoypartculasdecarburos ricos en Cr. c-Oxidacindelosproductosdecorrosinenla capa,esdecir,oxidacindeloscarburosricosen Cr,quedarncomoresultadolapresenciadefinas partculas de xido de Cr en la capa. Carburizacion Carburos M7C3 M23C6 Difusion de carbono METAL DUSTING (Tipo II) Metal Dusting tipo III aceros de alta aleacion 12 4 Metal Defectos en la capa deoxido Metal CO+H2 H2O + C 3 Particulas Metalicas Grafito MetaldustingtipoIIIinvolucralacorrosinactivaporcarbonoyoxgeno.El carbono reacciona con el metal para formar carburos. Estos carburos se disuelven y se oxidan selectivamente, liberando carbono el cual difundir para seguir formando carburos o grafito repitindose el proceso consecutivamente.Zona1:Matrizdelaaleacin carburizadaconM23C6,loscuales seformanabajasactividadesde carbono. Zona2:Matrizdelaaleacin carburizadaconteniendocarburos del tipo M7C3. Zona3:Frentededisolucinde carburos con M7C3 y M3C. Zona 4: regin empobrecida de Cr, bordedeaustenitaFe-Nicon hojuelas de grafito. Zona5:Productosdecorrosin: xidos Cr-Fe, fragmentos metlicos y carbono. Zona6:coque,corrosin continuadadelosproductosde corrosinporelmecanismotipoII, esdecir,desintegracindelos fragmentosmetlicosentrozos ms pequeos. Metal Dusting tipo III aceros de alta aleacion METAL DUSTING (Tipo II y III) CO + H2C + H2O )`A =RTGpp paO HH COCuexp22R = Constante universal de los Gases T = Temperatura AGu = energia libre de Gibbs pi = presion parcial aC = Actividad del carbono Para que OCCURA METAL DUSTINGaC > 1 400 C aC(gas)>1 y MD tipo II aC(gas) > aC(MzC/M) >1 Engeneral,lacomposicindelgas,lapresinylatemperatura controlanlaactividaddecarbonodisponibleparareaccionarconel metal o aleacin. Anlisistermodinmicosdelamezcladegasesalacualest prestandoservicioelmetaloaleacin,permitiraestudiarla capacidadquetieneelgasparacarburizaralosmaterialesysu dependencia con la temperatura y la presin.

Relacin Actividad De Carbono (Ac), La Carburizacin Y El Metal Dusting.

En general, la ocurrencia de la carburizacin catastrfica de metales y aleaciones es afectada por dos factores:

Factoresambientales:temperatura,composicindelgas carburizante,potencialesdeoxgenoyazufre,presinyflujodel gas, etc. Factoresdelmetaloaleacin:composicindelmetaloaleacin, capacidad de la aleacin de formar xidos protectores (Cr2O3, SiO2, o Al2O3), condicin superficial, etc. Estosfactoresoperanjuntoseinterfierendemaneracombinada sobre el proceso de metal-dusting.Factores que afectan al Metal Dusting Para proteger a un metal o aleacin de la carburizacin excesiva pueden utilizarse la combinacin de varios mtodos, como por ejemplo,la utilizacin de aleaciones queformenpelculasdexidoprotectorasylaadicindeuninhibidordemetal dusting, como lo es el H2S. Elprimerodependedelacapacidaddelmaterialdeformarunapelculadexido protectora a los potenciales de oxgeno disponibles, que en atmsferas reductoras es muy bajo. El segundo consiste en la adicin de pequeas cantidades de H2S a la mezcla de gasesparaquelaabsorcinsuperficialdeSatmicoinhibaladeposicinde grafito o la descomposicin de la cementita. Otromtodopuedeinvolucrarlacombinacindemezclasdegasespara minimizar su potencial carburizante.Metal DustingPrevencin Formacion de Oxido en Aleaciones bajo Cr

1 2 3 4 5 6 Ni-Cr Alloy Cr < 10% Cr2O3NiO Cr2O3 internal oxide NiCr2O4 (spinel) NiO + Cr2O3=NiCr2O4 Ni-Cr AlloyCr>20% 1 2 3 4 5 6 Cr2O3 NiO NiCr2O4(Spinel) Formacion de Oxido en Aleaciones alto Cr Inhibicin de la carburizacin excesiva o metal dusting Estosedebeala adsorcindeS atmicoenla superficie del metal o aleacinproductode ladescomposicin delH2Ssegnla reaccin:

H2S=H2 +S (ad) ConlaadicindepequeascantidadesdeH2Salgasenun intervalodecomposicindeterminadoseretardalacarburizacin de los metales y aleaciones de trabajo. El azufre adsorbido bloquea los sitios de reaccin para las reacciones de carburizacin OXIDACION CATASTROFICA Ataquedelgasalmetalocurreauna velocidadANORMALMENTEALTA.Es muypeligrosoyaqueocurrelafalla delmetaloaleacindeforma imprevista,conresultadosenla mayoradeloscasos,fatalesode serias lesiones. TiendeaOCURRIRENTUBOSDE CALENTAMIENTO,ENTURBINASY HORNOSOPERANDOAALTAS TEMPERATURASENCONTACTO CONGASESDECOMBUSTINDE COMBUSTIBLECONALTO CONTENIDOENVANADIO,COMO SUCEDEENLOSFUEL-OILS VENEZOLANOS. Elvanadioesbiensolubilizadocomouncomplejoorgnicosoluble.Lacenizaslida residual de petrleos, ricos en vanadio, puede alcanzar 65% o ms de V2O5.

Posiblecausa:podraserunafaseslidadebajopuntodefusin,lacualpromuevela disolucin de la capa protectora.Por ejemplo, el punto de fusin de V2O5, MoO3, B2O3 son 658, 795 y 294 C, respectivamente, comparado con Fe3O4 cuyo punto de fusin es 1539 C. OXIDACION CATASTROFICA Esunprocesocrecienteenel tiempo,estoesdebidoaqueel proceso deformacin del xido es exotrmica (desprende calor).

Alfinalelmetalseconvierte rpidamenteenxidoylapieza tiene una vida til muy corta. Sedaenmaterialesmuyporosos, enmetalesqueformenxidos voltilesoenmetalesqueformen xidos con bajo punto de fusin. Ejemplo: Molibdeno y el Volframio. OXIDACION CATASTROFICA Prevencin Puedeminimizarsealaadirseciertassustanciasal combustible,comoson,losjabonesdecalcio,jabones de magnesio, dolomita en polvo o Mg en polvo. Todas estas sustancias aumentan el punto de fusin de lacenizaalformarCaO(puntodefusinde2575C)o Mg (punto de fusin de 2800 C). Tambin,alreducirselatemperaturadetrabajo,alos valoresmenoresquelosrespectivospuntosdefusin deloscompuestosdevanadio,sereducelaoxidacin catastrfica.