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COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LA CAPA DE ZINC
SOBRE ACERO AL VARIAR CALIDAD SUPERFICIAL Y
VELOCIDAD DE ENFRIAMIENTO
MECHANICAL BEHAVIOR OF THE ZINC LAYER ON
STEEL WHEN VARYING SUPERFICIAL QUALITY AND
COOLING SPEED
Juan Chico Chamorro
Ingeniero Mecánico por la Escuela Politécnica Nacional. Quito.(Ecuador).
E-mail: juan.chico@epn.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4287-8447
Carlos Díaz Campoverde
Ing. Mecánico, Máster en Ciencias por la Escuela Politécnica Nacional, Docente, Jefe de Laboratorio
de Metalografía, Desgaste y Falla del Departamento de Materiales de la Escuela Politécnica
Nacional. Quito. (Ecuador).
E-mail: carlos.diaz@epn.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6978-3638
Patricia Proaño Sánchez
Ingeniera Mecánica, Departamento de Materiales, Escuela Politécnica Nacional. Quito. (Ecuador).
E-mail: patricia.proanio@epn.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6217-9059
Recepción: 06/06/2018. Aceptación: 17/10/2018. Publicación: 14/12/2018
Citación sugerida:
Chico Chamorro, J., Díaz Campoverde, C. y Proaño Sánchez, P. (2018). Comportamiento mecánico de la
capa de zinc sobre acero al varial calidad supercial y velocidad de enfriamiento. 3C Tecnología. Investigación y
pensamiento crítico. doi:http://dx.doi.org/10.17993/3ctecno.2018.v7n4e28.48-69/
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3C Tecnología. Glosas de innovación aplicadas a la pyme. ISSN: 2254-4143
RESUMEN
La corrosión del acero estructural es un problema recurrente en el Ecuador, llegando a afectar a
muchas edicaciones, y la forma en que se aplica el revestimiento protector de zinc es la principal
causa. El presente estudio analiza el comportamiento mecánico adhesivo de la capa protectora
depositada sobre acero estructural, variando la calidad supercial y la velocidad de enfriamiento
del recubrimiento. La metodología aplicada consiste en caracterizar la materia prima (perles
estructurales de tipo angular), aplicar pretratamientos superciales a los per les angulares mediante
pulido, lijado, esmerilado y como viene de fábrica, galvanizar los perles angulares en las empresas
A y B, medir la capa de galvanizado, identicar y medir el espesor de las fases, medir rugosidad
supercial, cuanticar durezas de la fase zeta, y nalmente, medir la adhesividad del recubrimiento
al sustrato. De los resultados obtenidos se desprende que la rugosidad permite un mejor anclaje
de la capa de zinc a la supercie metálica, las altas velocidades de enfriamiento permiten obtener
una capa de zinc con más brillo, mayor dureza y adherencia, aunque sacrica la ductilidad de la
capa de recubrimiento al tener un comportamiento más frágil. La presencia de defectos en las
fases formadas por el zinc inuye en el comportamiento mecánico durante el ensayo de pull-o,
ya que puede llegar a romper el sustrato al momento de desprenderse de la supercie del acero.
Los elevados espesores de la capa de zinc coneren al acero una mayor vida útil y resistencia a la
corrosión. Los datos obtenidos en este estudio sirven para corregir o mejorar la forma de aplicación
de este recubrimiento.
ABSTRACT
The corrosion of structural steel is a recurrent problem in Ecuador, aecting many buildings, and the way in which
the zinc protective coa ting is applied is the main cause . The present study analyzes the adhesiv e mechanical beha vior
of the protective la yer deposited on structural steel, varying the surface quality and cooling rate of the coating. The
applied methodology consists of characterizing the raw mat erial (structural profiles of angular type), applying surface
pre-treatments to the angular profiles b y polishing , sanding , grinding and as it comes fr om the factory, galv anizing the
angular proles in companies A and B, measuring the layer of galvanizing , iden tify and measure the thickness of the
phases, measure surface roughness, quantify har dness of the z eta phase , and finally, measure the adhesiveness of the
coating to the substra te . F rom the r esults obtained it can be seen that the r oughness allows a bett er anchorage of the zinc
layer t o the metallic surface, the high cooling speeds allow to obtain a zinc la yer with mor e brightness , gr eater har dness
and adherence, although it sacrices the ductility of the layer of coating when having a more fragile behavior. The
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presence of def ects in the phases formed by the zinc influenc es the mechanical behavior during the pull-off test, since it
can break the substrat e when it is released from the steel surface. The high thicknesses of the zinc layer giv e the st eel a
longer life and r esis tance t o c orr osion. The data obtained in this study serve to corr ect or impro v e the applica tion f orm
of this coating.
PALABRAS CLAVE
Adherencia, Difusión, Aleación Fe-Zn, Galvanizado por inmersión en caliente, Recubrimiento de
zinc.
KEY WORDS
Adhesion, Diusion, Fe-Zn alloy, Hot-dip galvanizing, Zinc coating.
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1. INTRODUCCIÓN
Los materiales metálicos en ambientes húmedos sufren un proceso de corrosión espontáneo no
deseado que es causado por las acciones químicas o físico-químicas del ambiente. Esta corrosión
destruye gradualmente los metales y los transforma irreversiblemente hasta que vuelvan a su estado
mineral (Kuklik y Kudlacek, 2016). Por esta razón, las super cies se protegen de los agentes corrosivos
a través de los denominados métodos activos y pasivos, siendo los más destacados los procedimientos
pasivos y dentro de estos, los recubrimientos metálicos (Maaß, 2011).
Por lo tanto, el zinc (Zn) se convierte en una buena opción para brindarle al acero una adecuada
protección anticorrosiva. Esta protección es de naturaleza catódica, de modo que el zinc adquiere
el papel de ánodo de sacricio, y además, le conere inmunidad al hierro. Igualmente, sobre
esta capa protectora se crea una barrera de alta resistencia y adherencia llamada pátina, la cual
desacelera el proceso corrosivo. Por esta razón, para promover la calidad del recubrimiento de zinc
se han desarrollado diversas tecnologías como chapado metálico, galvanoplastia, rociado térmico,
sherardizado y galvanizado por inmersión en caliente (Kuklik y Kudlacek, 2016).
En consecuencia, se considera que el galvanizado por inmersión en caliente es uno de los métodos
más convenientes y útiles como protección. Para ello, se requiere sumergir el sustrato de acero en
una tina de zinc fundido con el n de crear un recubrimiento aleado, donde intervienen procesos
de difusión, reacciones metalúrgicas y transformaciones termodinámicas (Kuklik y Kudlacek, 2016).
Estas super cies galvanizadas no muestran apariencia ni composición homogéneas, pues las reacciones
no ocurren al mismo tiempo, se originan en zonas localizadas y dependen de ciertas diferencias
estructurales, de la humedad y de la presencia de partículas extrañas (Van Eijnsbergen, 2012).
Para generar menor contaminación y menor demanda energética se emplean más comúnmente
temperaturas entre 440-460°C, donde el recubrimiento adherido rmemente al hierro
normalmente presenta las siguientes fases: la fase gamma (γ), la fase delta (δ), la fase zeta (ζ), y
la fase eta (η).
Asimismo, dentro de este método de protección, se tiene que uno de los procesos empleados para este
n es el galvanizado discontinuo por lotes, donde los sustratos metálicos son tratados individualmente
y sus supercies se limpian y se activan al atravesar varias etapas previas a la inmersión en la tina
de zinc fundido, estas etapas son: desengrasado, lavado, decapado, enjuague, uxado y secado. Por
otra parte, el recubrimiento se produce a causa de la difusión entre átomos de hierro y zinc, la cual
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a su vez genera enlaces intermetálicos y promueve la formación de ciertas fases a temperaturas de
entre 435-620°C. No obstante, para generar menor contaminación y menor demanda energética
se emplean más comúnmente temperaturas entre 440-460°C, donde el recubrimiento adherido
rmemente al hierro normalmente presenta las siguientes fases: la fase gamma (γ) que es difícil de
observar, la fase delta (δ) que posee un gran espesor, la fase zeta (ζ) donde los cristales se disuelven y
otan permanentemente, y la fase eta (η) que es completamente zinc (Maaß, 2011).
Entre 440-460°C, la estructura de las fases hierro-zinc depende fuertemente de los diferentes
parámetros de galvanizado. Así también, estos productos tienen que cumplir con sus respectivos
estándares de calidad, para lo cual es necesario considerar los factores que inuyen sobre las
propiedades y espesor del recubrimiento, tales como el contenido de silicio en el acero, los
tratamientos mecánicos superciales del sustrato, la temperatura y los tiempos de inmersión en la
tina de zinc fundido, las velocidades de enfriamiento, entre otros (Kuklik y Kudlacek, 2016).
En el presente estudio se busca establecer la relación existente entre la calidad super cial del sustrato
y el espesor de la capa de galvanizado obtenido, así como también la inuencia que ejercen la
calidad supercial y temperatura de enfriamiento sobre el grado de adhesión y difusión del sistema
cuando se expone el recubrimiento a determinados esfuerzos mecánicos. La información obtenida
beneciará al sector industrial y artesanal dedicado al recubrimiento de aceros estructurales en el
Ecuador, ya que ayudará a mejorar o corregir métodos de aplicación de la capa de galvanizado, con
la consecuente mejora en calidad, adherencia, resistencia a la abrasión, corrosión y una mayor vida
útil de estos recubrimientos.
2. METODOLOGÍA
Para la investigación se emplean perles de acero de bajo contenido de carbono, con dimensiones
AL 65x6 mm y 400 mm de largo. Este acero presenta un contenido de elementos químicos y
propiedades mecánicas que se encuentra dentro de los valores establecidos en la norma (ASTM
A36, 2014), estas propiedades se resumen en la Tabla 1.
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Tabla 1. Composición química y propiedades mecánicas del acero estructural utilizado.
Descripción Valor
Composición Química
Carbono, C [%] 0,094
Manganeso, Mn [%] 0,624
Azufre, S [%] 0,012
Fósforo, P [%] 0,017
Silicio, Si [%] 0,172
Propiedades Mecánicas
Esfuerzo de uencia [MPa] 370,9
Resistencia a la tracción [MPa] 483,5
Elongación en 50 mm [%] 36,4
Dureza [HV] 146
Los perles estructurales a usarse reciben tratamiento supercial, a excepción del primer perl,
estos tratamientos son: pulido, lijado y esmerilado (ver Gráco 1). Posteriormente, cada sección de
perl con variación supercial se somete a un proceso especíco de galvanizado por inmersión en
caliente, el cual es realizado por dos empresas diferentes. La codicación de las muestras utilizadas
se detalla en la Tabla 2.
Tabla 2. Procesos superciales aplicados a los perles.
Proceso A0 / B0 A1 / B1 A2 / B2 A3 / B3
Empresa A
Sin tratamiento
supercial
Supercie pulida
(papel abrasivo
grano 1200)
Supercie lijada
(papel abrasivo
grano 60)
Supercie
esmerilada (Disco
BDA 443)
Empresa B
El primer método de galvanizado corresponde a uno de tipo industrial realizado en una empresa
ubicada en la ciudad de Quito (en adelante denominada empresa A), y el otro proceso de galvanizado
es realizado de manera artesanal por parte de la empresa B ubicada en la ciudad de Cuenca. La
diferencia entre estos procesos radica en los parámetros de galvanizado empleados por cada una de
las mencionadas empresas (ver Tabla 3).
Tabla 3. Variación de los parámetros de galvanizado.
Proceso
Temperatura de
inmersión [°C]
Tiempo de
inmersión [s]
Enfriamiento
(tiempo)
Empresa A 460 5 min Al ambiente
Empresa B 450 1 min 20 s Agua (10 s)
La microestructura y espesor de la capa de zinc fue analizada con el Microscopio Olympus GX41F,
y el procesamiento de las guras se realiza con el software libre Python, para mejorar la calidad de
las microestructuras. Para la medición de las microdurezas se empleó el Durómetro Micro-Vickers
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DUROLINE M. La carga utilizada para la indentación de las muestras fue de 100 gf con un tiempo
de aplicación de 10 segundos. La rugosidad y adherencia se la cuantica utilizando los equipos
calibrados Elcometer 224 y Elcometer 510.
Gráco 1. Tratamiento supercial aplicado a perles de estudio.
Fuente: elaboración propia.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. ESPESOR DE LA CAPA DE GALVANIZADO
A partir de los resultados presentados en el Gráco 2, se aprecia que los perles galvanizados por
la empresa A superan el valor mínimo de aceptación de 75 μm, establecido en la norma ASTM
A123M-15.
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En cuanto a las probetas de la empresa B, las muestras pulidas (B1) y esmeriladas (B3) cumplen
estrechamente con los criterios de aceptación, por el contrario, los lotes sin tratamiento supercial
(B0) y con supercie lijada (B2) no cumplen dicha norma.
Las diferencias de espesor entre empresas, es el resultado de emplear un menor tiempo de inmersión
en el baño de zinc por parte de la empresa B.
Graco 2. Espesor de los recubrimientos obtenidos por la empresa A y B.
Fuente: elaboración propia.
Adicionalmente, en el Gráco 3 se aprecian las metalografías de los recubrimientos obtenidos tanto
para la empresa A como para la empresa B. Así, se tiene que para ambos casos las capas protectoras
se encuentran compuestas por las fases delta (δ), zeta (ζ) y eta (η), lo cual de acuerdo a Maaß (2011)
es producto de combinar una temperatura de inmersión de alrededor de 450
o
C y un contenido de
silicio que se encuentra dentro del rango Sebisty.
Se puede apreciar además que la fase gamma (γ) está ausente, y esto se debe a que a cortos periodos
de inmersión del sustrato recubier to no permiten que se realice la incubación de esta fase y solamente
se observa una línea entre el acero y la fase delta (Rico, 2012).
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Gráco 3. Identicación de fases en capa de galvanizado, a) empresa A, y b) empresa B.
Fuente: elaboración propia.
Del Gráco 4 se desprende que los valores más altos de espesor de las fases eta (η), zeta (ζ) y delta (δ)
son obtenidos en la capa de galvanizado aplicado por la empresa A. Esto se explica por el control
en cuanto a la temperatura y velocidad de enfriamiento adoptados por esta empresa, ya que las
fases eta (η), zeta (ζ) y delta (δ) dependen de parámetros como: la temperatura del zinc fundido y la
velocidad con la cual el calor es extraído durante la solidicación.
a
b
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Las bajas velocidades de enfriamiento de la fase zeta son favorecidas con la difusión de sus cristales
a través de la fase eta (Rico, 2012). Con altas velocidades de enfriamiento como las usadas por la
empresa B, la fase delta presenta un desarrollo limitado (American Galvanizers Association, 2016).
Gráco 4. Espesor de fases en la capa de galvanizado empresa A y empresa B.
Fuente: elaboración propia.
Analizando las estructuras cristaloGrácos de las fases se tiene que, la fase zeta presente en los
recubrimientos obtenidos en la empresa A, presentan cristales equiaxiales, pequeños y menos
desarrollados, mientras que los de la empresa B son de tipo columnar y en los que resulta común
encontrar una frontera tenue dentada entre la fase zeta y delta. Hay que añadir que resultados
similares fueron observados por Cervantes, et al. (2013) y Valdés (2010). Así también, algunos
productos de la empresa A presentan una grieta horizontal a lo largo de la fase zeta, resultado de
emplear temperaturas de inmersión mayores a 450 °C (Maaß, 2011).
Por tanto, al observar la apariencia supercial de los perles galvanizados, se obtiene que los
elaborados por la empresa A son de aspecto poco brillante combinado con zonas opacas o incluso
de aspecto gris mate, debido a la difusión de cristales individuales de la fase zeta a través de la eta,
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pues procesos con tiempos de inmersión grandes producen mayores tiempos de enfriamientos y dan
como resultado la reacción metalúrgica entre el zinc y el hierro (American Galvanizers Association,
2016), en la cual el hierro tomado de la fase delta se difunde hasta la supercie del recubrimiento,
brindándole así su aspecto mate (Valdés, 2010).
Por el contrario, los recubrimientos de la empresa B poseen una fase zeta con cristales extendidos
a lo largo de la supercie del acero y una fase delta esporádica y de espesor limitado. Este
comportamiento resulta de aplicar una elevada velocidad de enfriamiento, misma que provee una
estructura cristalina más na y una capa de zinc puro sobre las supercies intermetálicas (American
Galvanizers Association, 2016).
Finalmente, las propiedades del recubrimiento van a estar determinadas fundamentalmente por
el tamaño y arreglo de los cristales individuales. Estos cristales, pueden crecer a partir de los ya
existentes y serán cristales grandes, pero en pequeñas cantidades, o también pueden crearse nuevos
cristales a partir de la formación de núcleos y tendrán depósitos de granos más nos, pero en mayor
cantidad. Los depósitos nos son más tersos, brillantes, duros y resistentes, pero menos dúctiles
a comparación de los gruesos. Por ello, se señala que el tamaño de las partículas y su naturaleza
determinan la resistencia y dureza del recubrimiento (Valdés, 2010).
3.2. RUGOSIDAD DEL RECUBRIMIENTO DE ZINC
En base a los resultados mostrados en el Gráco 5, se obtiene que los valores de rugosidad para
los lotes galvanizados por la empresa A, presentan un comportamiento creciente, manteniendo el
siguiente orden: perl sin tratamiento supercial, esmerilado, lijado y pulido. El incremento de la
rugosidad se explica con ayuda del trabajo realizado por (Gill y Langill, 2005), en el cual mencionan
que: un recubrimiento en donde la fase eta es consumida completamente por la capa zeta y que es
expuesta a la supercie, presenta un perl de supercie de elevada rugosidad, mientras que si la fase
eta se encuentra intacta se presentará una supercie lisa.
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Gráco 5. Rugosidad supercial en la capa de galvanizado.
Fuente: elaboración propia.
En contraste, para la empresa B, los espesores de galvanizado son más delgados y su rugosidad
aumenta (48 – 104,4 micras) en un orden diferente al dado para la empresa A, este orden es:
supercie pulida, lijada, sin tratamiento supercial y esmerilado. Como ya se explicó anteriormente,
las altas velocidades de enfriamiento aplicadas por esta empresa, permiten la obtención de una fase
zeta de zinc puro de aspecto brilloso y más liso.
En ciertas circunstancias, una capa de galvanizado lisa y brillante es deseable, ya que existen menos
posibilidades de retener partículas o contaminantes que pueden inducir a corrosión el recubrimiento
de zinc. En recubrimientos con valores de rugosidad elevada existirá mayor posibilidad de
incrustación de contaminantes o que se acumulen sustancias corrosivas sobre su supercie, lo cual
favorecerá a la corrosión.
Una capa de galvanizado lisa y brillante es deseable, ya que existen menos posibilidades de
retener partículas o contaminantes que pueden inducir a corrosión el recubrimiento de zinc.
3.3. DUREZA DEL RECUBRIMIENTO POR MICRO-INDENTACIÓN
Para este ensayo, la indentación se realiza en la zona central del recubrimiento como se muestra
en el Gráco 6, por lo que, en las muestras de mayor espesor, la indentación se ubica en la fase
más gruesa correspondiente a la capa zeta, y en aquellos recubrimientos delgados la marca
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puede llegar a abarcar las fases zeta, eta y delta. Los valores promedio de microdureza de la
capa de galvanizado zeta se muestran en el Gráco 7, encontrándose sus valores entre un valor
mínimo de 123.76 [HV] y un máximo de 179.68 [HV] para aquellas probetas galvanizadas por la
empresa A, y entre 121.49 [HV]y 127.57 [HV] para la empresa B.
Gráco 6. Tamaño de indentación en capa zeta, muestra empresa A.
Fuente: elaboración propia.
Gráco 7. Durezas obtenidas en capa zeta de muestras con diferente calidad supercial.
Fuente: elaboración propia.
Resulta complicado obtener la dureza de recubrimientos muy delgados, tal como sucede con los
recubrimientos del perl sin tratamiento supercial y con supercie lijada de la empresa B, ya que
en la medición, la marca del indentador además de las 3 fases llega a marcar también al acero
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y/o la resina de montaje (ver Gráco 8). O, por otra parte, si la marca del indentador abarca solo
las tres fases de aleación, en las zonas más suaves y de mayor espesor que son las capas zeta y eta,
el indentador penetrará más, mientras que en la zona más delgada y dura que es la fase delta, el
indentador penetrará menos y entonces las esquinas opuestas de la marca aparecerán en diferentes
planos, generándose así una diferencia pronunciada entre estas diagonales, lo cual es rechazado por
la norma (ASTM E384, 2017).
Gráco 8. Tamaño de indentación en capa zeta, muestra empresa B.
Fuente: elaboración propia.
Tomando en consideración la investigación de Valdés (2010), los valores de dureza de la zona zeta
obtenidos en este estudio, superan los 112 HV de la fase zeta del mencionado autor.
3.4. ADHESIVIDAD DEL RECUBRIMIENTO
En el Gráco 9 se muestra el esfuerzo requerido para desprender la capa de galvanizado tanto
para los lotes de la empresa A como de la empresa B. Los máximos valores de adherencia son
alcanzados por aquellas probetas cuya supercie ha sido pulida (A1) y esmerilada (A3) para el
caso de la empresa A, y para la empresa B los máximos valores se obtienen en las probetas sin
tratamiento supercial (B0) y esmeriladas (B3).
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Gráco 9. Relación existente entre adhesión, dureza y estructura metaloGráco.
Fuente: elaboración propia.
Con el n de validar los resultados de adhesión obtenidos en este estudio, se cuenta con el trabajo
de investigación realizado por Handa y Takazawa (1998), quienes utilizan un sistema dúplex de zinc
fundido y poliéster rociado sobre sobre una placa de acero de 4 mm de espesor. El recubrimiento de
zinc tiene un espesor de 100 μm y el ensayo de adhesión realizado con una muñeca de 20 mm de
diámetro presenta un esfuerzo de desprendimiento de aproximadamente 3 MPa. Al comparar este
esfuerzo con los obtenidos en el presente estudio, se tiene que el menor valor de esfuerzo (3.87 para
la muestra A2) es un 29% superior, para la muestra con tratamiento supercial de pulido (A1) el
incremento se encuentra en el orden del 167%, determinándose que la capa de galvanizado aplicada
a todas las muestras ensayadas no presentan la posibilidad de descamarse durante su manipulación,
como sí lo harían los recubrimientos excesivamente gruesos (>300 μm) (Nordic Galvanizers, 2017).
El Gráco 10 muestra el grado de desprendimiento de la capa de galvanizado en la muestra A1.
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Gráco 10. Porcentaje de desprendimiento de la capa de recubrimiento en la probeta A1.
Fuente: elaboración propia.
3.5. RELACIÓN ENTRE ADHESIÓN, DUREZA Y ESTRUCTURA METALOGRÁFICO
DEL RECUBRIMIENTO
La microestructura de un material es muy importante, ya que ayuda a explicar comportamientos
mecánicos inusuales. En este estudio los valores más bajos obtenidos de dureza y adherencia de
la capa galvanizada pertenecen a la muestra A2. La presencia de microsuras en la fase delta
determina que al ser expuestas a los esfuerzos de tracción durante el ensayo de adherencia, estas
microsuras crezcan y continúen desplazándose hasta alcanzar la supercie desprendiendo la capa
delta del sustrato.
Las altas velocidades de enfriamiento aplicadas a las muestras B1, B2 y B0 permiten obtener valores
de adhesión mayores a los obtenidos en la muestra A2. La formación de la capa zeta es importante,
puesto que, al presentar una forma de agujas como en el caso B1, una estructura granular como
en el caso B2 y una mezcla de estas dos microestructuras como en el caso B0, se tiene una dureza y
resistencia creciente, pero su exibilidad se ve afectada y ante altos esfuerzos la tendencia es a fallar
de forma frágil, por lo que es necesario indicar que la presencia de porosidades en esta fase también
contribuye a la falla del recubrimiento.
En cuanto a los valores más altos de dureza y adherencia de las muestras A0, B3, A3 y A1, tiene mucho
que ver con la mayor presencia de la fase zeta y la forma en que se presenta microestructuralmente.
Para los casos A0 y A3, ésta fase se muestra con presencia de granos equiaxiales de tamaño variado y
de mayor espesor, sin embargo, para la muestra A3 la presencia de porosidades y defectos es menor
por lo que su comportamiento a la adherencia es bueno. Para los casos B3 y A1, es algo singular, las
dos microestructuras son parecidas con una fase zeta predominante y de gran espesor, sin embargo,
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la muestra B3 presenta en su microestructura una fase zeta mixta con placas verticales y gránulos,
así como la presencia de la fase eta, la cual es menos dura que la fase zeta y esto causa que su
microdureza se vea reducida. En cuanto a la muestra A1, la fase zeta es alargada muy compacta, la
fase delta y eta tienen un espesor muy pequeño, lo que implica una mayor resistencia y adherencia.
Finalmente, se tiene que la tenacidad y ductilidad del galvanizado, así como su grado de adhesión
dependen del tipo de microestructura generada después del proceso de enfriamiento y de cómo se
encuentran distribuidas las fases eta, zeta y delta en la capa de galvanizado.
3.6. DESPRENDIMIENTO DE LA CAPA DE GALVANIZADO EN EL ENSAYO DE
PULLOFF
Realizado el ensayo de Pull-O, se toma un ejemplar tanto de la empresa A como de la empresa
B, para analizar cómo fue el desplazamiento de las grietas durante el ensayo. En la muestra con
tratamiento supercial de pulido de la empresa A (ver Gráco 11-a) se presenta un desprendimiento
a lo largo de la zona inferior de la fase zeta, lugar donde existen microgrietas. Además, la fractura
se desplaza a lo largo de los espacios intercristalinos, siendo esta zona menos resistente que la unión
entre la fase zeta y delta. En contraste, en la muestra de la empresa B con el mismo tratamiento
supercial (ver Gráco 11-b), los cristales de la fase zeta alargados y en forma de aguja con espesor
delgado tienen mayor resistencia a la tracción, de modo que superan la adhesión que existe entre la
fase delta y el sustrato, ocasionando el posterior desgarre de la supercie del acero.
Gráco 11a. Falla del recubrimiento en ensayo Pull-O para muestra A1, empresa A.
Fuente: elaboración propia.
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Gráco 11b. Falla del recubrimiento en ensayo Pull-O para muestra B1 de la empresa B.
Fuente: elaboración propia.
Por lo tanto, se tiene que las muestras de la empresa A presentan desprendimientos de carácter
cohesivo en el recubrimiento, ya que la ruptura se produce en una de las fases de aleación,
mientras que la empresa B presenta un fallo cohesivo del sustrato metálico, pues el acero falla
antes que la interface sustrato-recubrimiento. De acuerdo al estudio realizado por Pardo (2006),
cuando la falla tiene lugar en el sustrato metálico, se considera sobredimensionada la zona de
unión y la calidad adhesiva del recubrimiento será superior a la mecánicamente necesaria.
Por consiguiente, si la supercie metálica queda desnuda debido al desprendimiento del recubrimiento,
la durabilidad y la resistencia a la corrosión del sistema pueden verse afectadas. Mientras que, en el
desprendimiento de carácter cohesivo del recubrimiento, el arranque se produce a lo largo de la fase
zeta, en el cual queda adherido al sistema un remanente de esta capa y por debajo de esta una fase
delta intacta, lo cual resulta benecioso pues esta fase posee un elevado valor de dureza y además
tendrá la capacidad de seguir brindando protección contra la corrosión al sustrato metálico.
4. CONCLUSIONES
Todas las muestras galvanizadas a 460 °C, por 5 minutos y enfriadas al aire, presentan una capa de
revestimiento de zinc acorde a especicación en cuanto a espesor, de ahí su buen comportamiento
mecánico, aunque si la rugosidad es un factor a tener en cuenta, las probetas sin tratamiento
supercial o supercie esmerilada, son una buena opción.
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Ed. 28. Vol.7 Nº 4. Diciembre 2018-Marzo 2019
DOI: http://dx.doi.org/10.17993/3ctecno.2018.v7n4e28.48-69/
El comportamiento de la capa de galvanizado está muy ligado al espesor y microestructura que
presenta la fase zeta, cuando la microestructura presenta cristales de forma granular, el recubrimiento
presenta durezas en el rango de 132 a 180 [HV]. Por el contrario, si los cristales son en forma
de agujas alargadas, las durezas se encuentran en el orden de 121 a 128 [HV]. Estas variaciones
microestructurales y de dureza se deben a los tiempos y velocidades de enfriamiento aplicados por
cada empresa y defectos internos.
La baja resistencia a la adherencia que presentan las muestras A2, B1, B2 y B0, está muy relacionada
con la presencia de defectos al interior de la fase zeta, las microsuras y vacíos se convierten en
concentradores de esfuerzos que multiplican la carga aplicada durante el ensayo de Pull-O,
ocasionando que la fractura se desplace por los espacios intercristalinos para el caso de la empresa
A. En el caso de la empresa B al tener una predominancia de la fase zeta y la microestructura tipo
aguja, el desprendimiento se produce arrancando parte del sustrato.
Espesores gruesos de la fase eta conferirán una mayor vida útil y resistencia a la corrosión al sustrato
cuando éste se encuentre en ambientes húmedos. Así también, es importante el espesor de la fase
delta, ya que al ser la capa que mayor dureza presenta, en caso de desprendimiento de la fase eta y
zeta a causa de una falla cohesiva de capa de aleación hierro-zinc, el material de zinc restante que
queda adherido al sustrato continúa brindando protección contra la corrosión.
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