Estudio del efecto de adiciones de titanio en las propiedades mecánicas y de corrosión del acero pulvimetalúrgico AISI 316

Context: Powder metallurgy uses metallic and/or non-metallic powders that, through mixing, compacting, and sintering operations, allow obtaining large series of products. In austenitic stainless steels, Cr23C6-type carbides can precipitate at temperatures between 450 and 950 °C. When this occurs, the steel is susceptible to being attacked at its grain boundaries by a phenomenon called sensitization. Titanium is added as a ‘stabilizer’ because it has a greater affinity with carbon for the formation of species at a temperature of approximately 900 ºC, and, during cooling, it consumes the carbon forming MC-type carbides, inhibiting the precipitation of Cr23C6. Method: The composition and morphology of the powders were characterized, leading to the formulation of an alloy matrix consisting of a mixture of AISI 316 steel powders of two different particle-size distributions in a proportion that produced the highest density and the lowest porosity in the sintered material. Titanium was added at two levels (0,4 and 1,0 wt%), and sintering was carried out with nitrogen. The corrosion rate was determined by potentiodynamic polarization. Vickers hardness and pin-on-disk wear tests were performed. The stages were complemented with a microstructural analysis. Results: The addition of 0,4 wt% of titanium decreased the steel’s rate of corrosion, albeit in the absence of passivation. The microstructure consists of austenite, ferrite, and TiC precipitates. The addition of 1,0 wt%Ti showed an increase in the corrosion rate, with a microstructure containing austenite, ferrite, TiC carbides, and the Laves ɳ-Fe2Ti phase. Conclusions: The results were compared against thermodynamic simulations in the Thermo-Calc software, which were consistent with the microstructural analysis, showing the phenomena of stabilization as well as the precipitation of intermetallic phases and highlighting the importance of establishing strict controls in the formulation of powder metallurgical alloys due to the transformations that can take place due to the effect of the thermal cycles of the process.Contexto: La pulvimetalurgia utiliza polvos metálicos y/o no metálicos que, mediante operaciones de mezcla, compactación y sinterización, permiten obtener grandes series de productos. En los aceros inoxidables austeníticos, los carburos de tipo Cr23C6 pueden precipitar a temperaturas entre 450 y 950 °C. Cuando esto ocurre, el acero es susceptible de ser atacado en sus límites de grano por el fenómeno denominado sensitización. El titanio se agrega como ‘estabilizador’ porque tiene mayor afinidad con el carbono para la formación de especies a una temperatura de aproximadamente 900 ºC y, durante el enfriamiento, consume el carbono formando carburos tipo MC, inhibiendo la precipitación de Cr23C6. Método: Se caracterizó la composición y morfología de los polvos, lo que condujo a la formulación de una matriz de aleación compuesta por una mezcla de polvos de acero AISI 316 de dos granulometrías diferentes en una proporción que produjo la mayor densidad y la menor porosidad del material sinterizado. Se añadió titanio en dos niveles (0,4 y 1,0 % en peso) y se sinterizó con nitrógeno. La velocidad de corrosión se determinó por polarización potenciodinámica. Se realizaron pruebas de dureza Vickers y de desgaste pin-on-disk. Las etapas se complementaron con un análisis microestructural. Resultados: La adición de 0,4 % en peso de titanio disminuyó la velocidad de corrosión del acero, si bien en ausencia de pasivación. La microestructura consiste en precipitados de austenita, ferrita y TiC. La adición de 1,0 % en peso de Ti mostró un aumento en la velocidad de corrosión, con una microestructura que contenía austenita, ferrita, carburos de TiC y la fase Laves ɳ-Fe2Ti. Conclusiones: Los resultados fueron comparados con simulaciones termodinámicas del software Thermo-Calc, consistentes con el análisis microestructural, mostrando los fenómenos de estabilización y la precipitación de fases intermetálicas, y destacando la importancia de establecer un control estricto en la formulación de aleaciones pulvimetalúrgicas debido a las transformaciones que pueden generarse por efecto de los ciclos térmicos del proceso

Determinación teórica y práctica de una mezcla binaria de polvos de acero AISI 316 para aumentar la resistencia a la corrosión en piezas pulvimetalúrgicas

Los aceros pulvimetalúrgicos tienen una menor resistencia a la corrosión en comparación con los aceros forjados. Su comportamiento se ve afectado simultáneamente por la porosidad interconectada, la morfología de los poros, la interacción con las atmósferas de sinterización y fenómenos metalúrgicos como la "sensitización" del acero. Este trabajo presenta la metodología teórica para calcular la composición óptima de una mezcla y las condiciones requeridas para obtener un empaquetamiento máximo de esferas de dos tamaños promedio de partículas (asumiendo un factor de forma esférico) según la investigación publicada por Brouwers para un sistema de mezclas binarias. Para la determinación teórica de la mezcla se presentan los resultados de densidad y porosidad de un acero inoxidable pulvimetalúrgico 316 elaborado a partir de polvos prealeados de dos granulometrías promedio (45μm y 150μm). Los polvos se combinaron en diferentes proporciones, con el fin de definir las cantidades adecuadas que permitan fabricar un acero con bajos valores de su velocidad de corrosión. Los resultados obtenidos confirman que el cálculo teórico es una alternativa confiable para formular aleaciones pulvimetalúrgicas, ya que se logra un alto empaquetamiento de partículas, lo cual incide favorablemente en las características del producto terminado

Study Of the Effect of Titanium Additions on The Mechanical and Corrosion Properties of AISI 316 Powder Metallurgical Steel

Context: Powder metallurgy uses metallic and/or non-metallic powders that, through mixing, compacting, and sintering operations, allow obtaining large series of products. In austenitic stainless steels, Cr23C6-type carbides can precipitate at temperatures between 450 and 950 °C. When this occurs, the steel is susceptible to being attacked at its grain boundaries by a phenomenon called sensitization. Titanium is added as a ‘stabilizer’ because it has a greater affinity with carbon for the formation of species at a temperature of approximately 900 ºC, and, during cooling, it consumes the carbon forming MC-type carbides, inhibiting the precipitation of Cr23C6. Method: The composition and morphology of the powders were characterized, leading to the formulation of an alloy matrix consisting of a mixture of AISI 316 steel powders of two different particle-size distributions in a proportion that produced the highest density and the lowest porosity in the sintered material. Titanium was added at two levels (0,4 and 1,0 wt%), and sintering was carried out with nitrogen. The corrosion rate was determined by potentiodynamic polarization. Vickers hardness and pin-on-disk wear tests were performed. The stages were complemented with a microstructural analysis. Results: The addition of 0,4 wt% of titanium decreased the steel’s rate of corrosion, albeit in the absence of passivation. The microstructure consists of austenite, ferrite, and TiC precipitates. The addition of 1,0 wt%Ti showed an increase in the corrosion rate, with a microstructure containing austenite, ferrite, TiC carbides, and the Laves ɳ-Fe2Ti phase. Conclusions: The results were compared against thermodynamic simulations in the Thermo-Calc software, which were consistent with the microstructural analysis, showing the phenomena of stabilization as well as the precipitation of intermetallic phases and highlighting the importance of establishing strict controls in the formulation of powder metallurgical alloys due to the transformations that can take place due to the effect of the thermal cycles of the process

Estudio del desgaste y evaluación electroquímica de aleaciones FeMnAl y acero AISI 316 LVM en fluido biológico simulado

Resumen En este estudio se presentan los resultados obtenidos al comparar las propiedades de resistencia a la corrosión de dos aleaciones austeníticas Fermanal Mn – 22,6, Al- 6,30, C- 0,68, Cr- 3,10, Fe- 67,33 (F1) y Mn- 30,0, Al- 8,5, C-1, Cr -3,20, Mo- 1,10, Fe- 56,20 (F2) frente a las del acero AISI 316 LVM con el propósito de determinar la viabilidad de dichas aleaciones como reemplazos óseos. Las propiedades electroquímicas se evaluaron mediante medidas de potencial, curvas de polarización Tafel y resistencia a la polarización lineal (LPR), con ringer lactato como fluido biológico simulado. Para la pruebas tribológicas se utilizó un tribómetro pin on disk y se determinó la morfología de la huella de desgaste. Los resultados mostraron que la adición de molibdeno en la aleación F2 mejora sustancialmente la resistencia a la corrosión, el comportamiento electroquímico es similar al AISI 316 LVM, por lo cual, las aleaciones Fermanal, son materiales apropiados para aplicaciones biomédicas. Palabras clave: corrosión, ringer lactato, biomaterial, tribología. Wear study and electrochemical evaluation of FeMnAl alloys and AISI 316 LVM steel in simulated body fluid Abstract This study present the results obtained by comparing the corrosive properties of two Fermanal austenitic alloys Mn -22.6, Al- 6.30, C- 0.68, Cr- 3.10, Fe- 67.33 (F1) and Mn- 30, Al- 8.5, C-1, Cr -3.20, Mo- 1.10, Fe- 56.20 (F2) with the AISI316LVM steel with the purpose of determine the viability of this alloys as bony substitutions. The electrochemical properties were evaluated trough potential measures, Tafel curves polarization and lineal polarization resistance (LPR) with ringer lactate as simulated biological fluid. For the tribological test a pin on disk tribometer was used to determinate wear mark morphology. The results showed that the molybdenum addition in the F2 alloy improves substancially the corrosion resistance, the electrochemistry behavior is similar to AISI 316 LVM, therefore, the Fermanal alloys is appropriate materials for biomedical applications. Keywords: corrosion, ringer lactate, biomaterial, tribology

Optimización de las propiedades de tracción de compuestos de matriz polimérica reforzada con partículas de magnetita por diseño experimental

A full-factorial 33 experiment was used in this study to determine the optimal values of the tensile properties of three composite materials manufactured based on three polymeric resins: Derakane Momentum epoxy vinyl ester based on bisphenol-A (DM-411), polyester based on terephthalic acid (P115-A), and isophthalic polyester (P2000). Such materials were reinforced with magnetite powders at concentrations of 10, 20, and 30 wt %, and the particle sizes were classified with three sieves: #200 (46–75 μm), #325 (26–45 μm), and #500 (0–25 μm). The compounds were manufactured using the hand lay-up method at room temperature in accordance with ASTM D638-14 for M1-type specimens. A tensile test was conducted on a universal Microtest EM2/300/FR machine at a test speed of 5 ± 25 % mm/min using an Epsilon extensometer calibrated in accordance with the ASTM E83 standard at 20 ± 2 °C. The magnetite powders and compound morphology were studied by Scanning Electron Microscopy. The mechanical properties of the compounds and the optimal response found by Analysis of Variance (ANOVA) and Response Surface Methodology (RSM) are also reported. The best response to the mechanical stimuli occurs with the composite material prepared with the epoxy vinyl ester resin DM-411, a concentration of 29.4 % of magnetite (Fe3O4), a particle size of 58.5 microns, and a 200 sieve.Un diseño factorial completo de 33 fue desarrollado con el fin de determinar los valores óptimos en las propiedades de tracción de tres tipos de materiales compuestos fabricados a base de resinas poliméricas epoxy-vinylester (DM-411) base bisfenol-A, poliéster (P115-A) base de ácido tereftálico, y poliéster (P2000) base de ácido isoftálico, reforzados con polvos de magnetita en concentraciones de 10, 20 y 30 % porcentaje en peso (Wt) con tres tamaños diferentes de partícula en el relleno, tamices #200 (46-75 μm), #325 (26-45 μm) y #500 (0-25 μm). Los compuestos se fabricaron utilizando el método de moldeo manual a temperatura ambiente, según ASTM D638-14 para muestras de tipo M1. Los ensayos de tracción se realizaron en una máquina universal microtest EM2/300/FR a una velocidad de prueba de 5 x 25 % mm/min, utilizando un extensómetro Epsilon calibrado de acuerdo con la norma ASTM E83 a 20°C. Los polvos de magnetita y la morfología de los materiales compuestos se estudiaron mediante microscopía electrónica de barrido. Se reportan las propiedades mecánicas de los compuestos y la respuesta óptima encontrada por análisis de varianza (ANOVA) y superficies de respuesta (RSM). La mejor respuesta a los estímulos mecánicos se produce con el material compuesto fabricado a base de resina epoxi -vinilester DM-411, con una concentración media de 29,4 % de magnetita Fe3O4 y tamaño medio de partícula de 58,5 micras la cual corresponde a un tamiz 200

Estudio del desgaste y evaluación electroquímica de aleaciones FeMnAl y acero AISI 316 LVM en fluido biológico simulado

Resumen En este estudio se presentan los resultados obtenidos al comparar las propiedades de resistencia a la corrosión de dos aleaciones austeníticas Fermanal Mn – 22,6, Al- 6,30, C- 0,68, Cr- 3,10, Fe- 67,33 (F1) y Mn- 30,0, Al- 8,5, C-1, Cr -3,20, Mo- 1,10, Fe- 56,20 (F2) frente a las del acero AISI 316 LVM con el propósito de determinar la viabilidad de dichas aleaciones como reemplazos óseos. Las propiedades electroquímicas se evaluaron mediante medidas de potencial, curvas de polarización Tafel y resistencia a la polarización lineal (LPR), con ringer lactato como fluido biológico simulado. Para la pruebas tribológicas se utilizó un tribómetro pin on disk y se determinó la morfología de la huella de desgaste. Los resultados mostraron que la adición de molibdeno en la aleación F2 mejora sustancialmente la resistencia a la corrosión, el comportamiento electroquímico es similar al AISI 316 LVM, por lo cual, las aleaciones Fermanal, son materiales apropiados para aplicaciones biomédicas. Palabras clave: corrosión, ringer lactato, biomaterial, tribología. Wear study and electrochemical evaluation of FeMnAl alloys and AISI 316 LVM steel in simulated body fluid Abstract This study present the results obtained by comparing the corrosive properties of two Fermanal austenitic alloys Mn -22.6, Al- 6.30, C- 0.68, Cr- 3.10, Fe- 67.33 (F1) and Mn- 30, Al- 8.5, C-1, Cr -3.20, Mo- 1.10, Fe- 56.20 (F2) with the AISI316LVM steel with the purpose of determine the viability of this alloys as bony substitutions. The electrochemical properties were evaluated trough potential measures, Tafel curves polarization and lineal polarization resistance (LPR) with ringer lactate as simulated biological fluid. For the tribological test a pin on disk tribometer was used to determinate wear mark morphology. The results showed that the molybdenum addition in the F2 alloy improves substancially the corrosion resistance, the electrochemistry behavior is similar to AISI 316 LVM, therefore, the Fermanal alloys is appropriate materials for biomedical applications. Keywords: corrosion, ringer lactate, biomaterial, tribology

Evaluación tribológica de recubrimientos híbridos tipo sol-gel SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20)

Resumen Los recubrimientos híbridos tipo sol-gel son utilizados para crear películas protectoras a temperatura ambiente. Se desarrollaron pruebas de desgaste sobre recubrimientos híbridos tipo sol-gel de SiTiZr (10/20/70) y SiTiZr (10/70/20), para determinar las propiedades tribológicas del recubrimiento y el efecto de la adición de titanio y circonio. Mediante la utilización de un equipo tipo pin-disco se determinaron los coeficientes de fricción. La evaluación con microscopía electrónica de barrido permitió caracterizar el tipo de desgaste. Se realizó un estudio perfilométrico para determinar la rata de desgaste. Se determinó el espesor del recubrimiento mediante el análisis de la diferencia de alturas entre el sustrato y el recubrimiento. Se concluyó que el recubrimiento con mayor contenido de titanio presenta un menor coeficiente de fricción y menor desgaste. Palabras clave: desgaste, fricción, pin-disco, perfilometría. Tribological evaluation of sol – gel hybrid type coatings SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20) Abstract The sol-gel hybrid type coatings are used to create protective films at room temperature. Wear tests were developed on sol–gel hybrid coatings SiTiZr (10/20/70) and SiTiZr (10/70/20), to determine the coating tribological properties and the titanium and zirconium addition effect. Wear tests were developed on sol-gel hybrid coatings. Using a pin on disk type equipment coefficients of friction were determined. Scanning electron microscopy allowed e characterization of the wearing type. A profilometric study was conducted to determine the rate of wear. It was determined the thickness of the coating by analyzing the difference in height between the substrate and coating. It was concluded that the coating with a higher content of titanium has a lower coefficient of friction and wear. Keywords: wear, friction, pin on disk, profilometry

Evaluación tribológica de recubrimientos híbridos tipo sol-gel SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20)

Resumen Los recubrimientos híbridos tipo sol-gel son utilizados para crear películas protectoras a temperatura ambiente. Se desarrollaron pruebas de desgaste sobre recubrimientos híbridos tipo sol-gel de SiTiZr (10/20/70) y SiTiZr (10/70/20), para determinar las propiedades tribológicas del recubrimiento y el efecto de la adición de titanio y circonio. Mediante la utilización de un equipo tipo pin-disco se determinaron los coeficientes de fricción. La evaluación con microscopía electrónica de barrido permitió caracterizar el tipo de desgaste. Se realizó un estudio perfilométrico para determinar la rata de desgaste. Se determinó el espesor del recubrimiento mediante el análisis de la diferencia de alturas entre el sustrato y el recubrimiento. Se concluyó que el recubrimiento con mayor contenido de titanio presenta un menor coeficiente de fricción y menor desgaste. Palabras clave: desgaste, fricción, pin-disco, perfilometría. Tribological evaluation of sol – gel hybrid type coatings SiTiZr (10/20/70 y 10/70/20) Abstract The sol-gel hybrid type coatings are used to create protective films at room temperature. Wear tests were developed on sol–gel hybrid coatings SiTiZr (10/20/70) and SiTiZr (10/70/20), to determine the coating tribological properties and the titanium and zirconium addition effect. Wear tests were developed on sol-gel hybrid coatings. Using a pin on disk type equipment coefficients of friction were determined. Scanning electron microscopy allowed e characterization of the wearing type. A profilometric study was conducted to determine the rate of wear. It was determined the thickness of the coating by analyzing the difference in height between the substrate and coating. It was concluded that the coating with a higher content of titanium has a lower coefficient of friction and wear. Keywords: wear, friction, pin on disk, profilometry

Determinación de la tendencia de corrosión e incrustación por monitoreo de corrosión interna en campo petrolero

Corrosion in piping systems and oilfieldproduction involves the loss of large amountwater being the most important agent in thesefailures. This paper presents the results of thecorrelation of physicochemical parameters offluids and gravimetric methods implementedin the monitoring of internal corrosion in oilfield, using the software tool to determine in thetrend corrosive and / or scaling. The tool allowscomparison of data obtained in the determinationof the Langelier saturation index, with the resultsof gravimetric testing of corrosion coupons andembedding, so the same technique of identificationby X-Ray diffraction of the deposits found in thecoupons allowing to establish the aggressiveness ofthe field analyzed. The tool provides a visualizationof information compared to the production dataallows making decisions in the system integrity.La corrosión en los sistemas y tuberías deproducción de campos petroleros implica lapérdida de gran cuantía siendo el agua el agentede mayor relevancia en estas fallas [1]. En estetrabajo se presenta los resultados obtenidos de lacorrelación de los parámetros fisicoquímicos defluidos y métodos gravimétricos implementadosen el monitoreo de corrosión interna en campopetrolero, haciendo uso de herramienta informáticapara determinar la tendencia corrosiva y/oincrustante del mismo. La herramienta permitecomparar los datos obtenidos en la determinaciónde los índices de saturación de Langelier, conlos resultados de las pruebas gravimétricas decupones de corrosión e incrustación; así mismola identificación mediante técnica de Difracciónde Rayos X de los depósitos encontrados en loscupones, permitiendo establecer la agresividad delcampo analizado. La herramienta proporciona unavisualización de información que comparada conlos datos de producción permite tomar decisionesen los sistema de integridad

Efecto de los parámetros de electrohilado en la morfología de las fibras de PVDF y PS

La morfología de las fibras electrohiladas permiten dilucidar características a nivel macro en filtros para tratamiento de aguas. En este estudio se utilizó un equipo de electrohilado de aguja y un colector plano, se variaron los parámetros: concentración, distancia aguja-colector y voltaje, para las soluciones poliméricas de fluoruro de polivinilideno (PVDF) y poliestireno-magnetita PS@Fe3O4. Posteriormente se determinó la morfología de las fibras y la porosidad a partir de micrografías obtenidas por MEB. En los resultados de PVDF se evidencia que la concentración del polímero influye en la formación de fibras homogéneas y que al aplicar un voltaje de 20.0KV, mantener una distancia aguja-colector de 10.0cm y una velocidad de 0.60ml/h se obtiene una disminución en el diámetro de más de un 20.0% en relación con las fibras obtenidas a la mitad de este voltaje, incidiendo en la alta porosidad de la membrana y por ende en la efectividad del filtro.The morphology of electrospun fibers makes it possible to elucidate characteristics at a macro level in filters for water treatment. In this study, a needle electrospinning equipment and a flat collector were used, the parameters were varied: concentration, needle-collector distance and voltage, for the polymeric solutions of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polystyrene PS@Fe3O4. Subsequently, morphology and porosity were determined from micrographs obtained by SEM. The PVDF results show that the polymer concentration influences the formation of homogeneous fibers and that when applying a voltage of 20kv, maintaining a needle-collector distance of 10cm and a speed of 0.6ml/h, results in a decrease in diameter of more than 20% in relation to the fibers obtained at half this voltage, directly affecting the high porosity of the membrane