El agrietamiento por corrosión bajo tensión mecánica (ACBT) es un fenómeno que se da en algunos materiales, en los que se produce la formación de grietas en un entorno corrosivo cuando se ven sometidos a esfuerzos mecánicos. Puede provocar un fallo inesperado y repentino en metales o aleaciones dúctiles normalmente sometidos a tensión mecánica, especialmente a temperaturas elevadas. Es un proceso altamente específico químicamente, ya que para ciertas aleaciones basta para que se produzca una ligera exposición a entornos químicos potencialmente poco agresivos. El entorno químico que causa ACBT para una aleación dada es a menudo uno que es solo ligeramente corrosivo para el metal. Por lo tanto, las piezas metálicas con agrietamiento severo por corrosión bajo tensión, pueden parecer brillantes y relucientes, mientras que están llenas de grietas microscópicas. Este factor hace que sea común que el ACBT pase desapercibido antes de que se produzca un fallo. A menudo progresa rápidamente y es más común entre las aleaciones que entre los metales puros. El entorno específico es de crucial importancia, y solo se necesitan concentraciones muy pequeñas de ciertos productos químicos altamente activos para producir un agrietamiento catastrófico, que a menudo conduce a un fallo devastador e inesperado.

Las tensiones pueden ser el resultado de la sobrecarga de esfuerzos en las zonas agrietadas, debida a la concentración de tensiones, o pueden estar causadas por el tipo de ensamblaje o de esfuerzo residual de fabricación (como en el caso del trabajo en frío). Las tensiones residuales pueden aliviarse mediante recocido u otros tratamientos superficiales. Los fallos inesperados y prematuros de los equipos de procesos químicos, por ejemplo, debido a la corrosión bajo tensión, constituyen un grave riesgo para la seguridad del personal, las instalaciones operativas y el medio ambiente. Al reducir la fiabilidad de estos tipos de equipos, estas fallas también afectan negativamente a la productividad y a la rentabilidad.

Mecanismos La corrosión bajo tensión afecta principalmente a metales y a aleaciones metálicas. Un efecto comparable, también conocido como agrietamiento por tensión ambiental, también afecta a otros materiales como polímeros, cerámica y vidrio.

Metales Un pH más bajo y un potencial de reducción aplicado más bajo facilitan la evolución y el enriquecimiento de hidrógeno durante el proceso de ACBT, aumentando así su intensidad.

AleaciónKIc MN/m3/2ACBT ambientalKIACBT MN/m3/2Acero 13Cr603% NaCl1218Cr-8Ni20042% MgCl210Cu-30Zn200NH4OH (pH 7)1Al-3Mg-7Zn25Haluros acuosos5Ti-6Al-1V600.6 M KCl20

Ciertos aceros inoxidables austeníticos y aleaciones de aluminio se agrietan en presencia de cloruros. Esto limita la utilidad del acero inoxidable austenítico para contener agua con un contenido de cloruros superior a unas pocas partes por millón a temperaturas superiores a ; Grietas leves en el acero en presencia de álcalis (por ejemplo, agrietamiento en calderas y agrietamiento por corrosión bajo tensión cáustica) y nitratos; Grietas en aleaciones de cobre en soluciones amoniacales (agrietamiento estacional); Se sabe que los aceros al carbono se agrietan de forma inesperadamente frágil en una gran variedad de entornos acuosos, especialmente en presencia de cloruros.

Con la posible excepción de este último, que es un ejemplo especial de agrietamiento por hidrógeno, todos los demás presentan el fenómeno de crecimiento subcrítico de grietas, es decir, pequeños defectos superficiales se propagan (normalmente de manera uniforme) en condiciones en las que la mecánica de la fractura predice que no debería producirse un fallo. Es decir, en presencia de un agente corrosivo, se desarrollan y propagan grietas muy por debajo del factor crítico de intensidad de tensión (). El valor subcrítico de la intensidad de tensión, denominado , puede ser inferior al 1 % de .

Polímeros Un proceso similar (agrietamiento por tensión ambiental) ocurre en los polímeros, cuando los productos se exponen a disolventes específicos o sustancias químicas agresivas como ácidos y álcalis. Al igual que con los metales, el ataque se limita a polímeros específicos y sustancias químicas específicas. Por lo tanto, el policarbonato es sensible al ataque por álcalis, pero no por ácidos. Por otro lado, el poliéster se degrada fácilmente por ácidos, y el ACBT es un mecanismo probable de fallo. Los polímeros son susceptibles al agrietamiento por tensión ambiental, donde los agentes de ataque no necesariamente degradan químicamente los materiales. El nailon es sensible a la degradación por ácidos, un proceso conocido como hidrólisis, y se agrieta al ser atacado por ácidos fuertes.

Por ejemplo, la superficie de fractura de un conector de combustible mostró el crecimiento progresivo de la grieta desde el ataque ácido (Ch) hasta la cúspide final (C) del polímero. En este caso, el fallo fue causado por la hidrólisis del polímero al entrar en contacto con el ácido sulfúrico que se escapaba de una batería. La reacción de degradación es la inversa de la reacción de síntesis del polímero:

Se pueden formar grietas en muchos elastómeros diferentes por ataque de ozono, otra forma de ACBT en polímeros. Pequeñas trazas del gas en el aire atacarán los dobles enlaces en las cadenas de caucho, siendo el caucho natural, el caucho estireno-butadieno y el caucho de nitrilo butadieno los más sensibles a la degradación. Las grietas por ataque de ozono se forman en productos bajo tensión, pero la deformación crítica es muy pequeña. Las grietas siempre están orientadas en ángulos rectos al eje de deformación, por lo que se formarán alrededor de la circunferencia en un tubo de caucho doblado. Estas grietas son peligrosas cuando ocurren en tuberías de combustible, porque crecerán desde las superficies exteriores expuestas hacia el interior de la tubería, por lo que pueden producirse fugas de combustible e incendios. El agrietamiento por ozono se puede prevenir añadiendo antiozonizantes al caucho antes de la vulcanización. Las grietas de ozono se observaban comúnmente en las paredes laterales de los neumáticos de los automóviles, pero ahora se ven con menos frecuencia gracias al uso de estos aditivos. Por otra parte, el problema vuelve a aparecer en productos no protegidos, como tubos y juntas de caucho.

Cerámica Este efecto es significativamente menos común en cerámicas, que suelen ser más resistentes al ataque químico. Si bien los cambios de fase son comunes en cerámicas sometidas a tensión, estos suelen provocar endurecimiento en lugar de fallo (véase dióxido de zirconio). Estudios recientes han demostrado que la misma fuerza impulsora de este mecanismo de endurecimiento también puede potenciar la oxidación del óxido de cerio reducido, lo que resulta en un crecimiento lento de grietas y el fallo espontáneo de cuerpos cerámicos densos.

Vidrio

La propagación de grietas subcríticas en vidrios se divide en tres regiones. En la región I, la velocidad de propagación de las grietas aumenta con la humedad ambiental debido a la reacción química entre el vidrio y el agua, potenciada por la tensión. En la región II, la velocidad de propagación de las grietas está controlada por la difusión y depende de la velocidad a la que los reactivos químicos pueden transportarse hasta la punta de la grieta. En la región III, la propagación de las grietas es independiente de su entorno, tras alcanzar una intensidad de tensión crítica. Otras sustancias químicas, como el amoníaco, pueden inducir la propagación de grietas subcríticas en el vidrio de sílice, pero deben tener un donante de electrones y un donante de protones.

Prevención Las tensiones residuales de compresión que genera granallado láser se controlan con precisión tanto en ubicación como en intensidad, y pueden aplicarse para mitigar transiciones bruscas a zonas de tracción. El granallado láser genera tensiones residuales de compresión profundas, de 10 a 20 veces más profundas que el granallado convencional, lo que lo hace significativamente más beneficioso para prevenir el ACBT. El granallado láser se utiliza ampliamente en las industrias aeroespacial y de generación de energía en motores de turbina de gas. Selección del material: elegir el material adecuado para un entorno específico puede ayudar a prevenir el ACBT. En entornos corrosivos, se deben utilizar materiales con mayor resistencia a la corrosión y al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Por ejemplo, usar acero inoxidable en lugar de acero al carbono en un entorno marino puede reducir la probabilidad de ACBT. Recubrimientos protectores: aplicar un recubrimiento o barrera protectora puede ayudar a evitar que sustancias corrosivas entren en contacto con la superficie metálica, reduciendo así la probabilidad de ACBT. Por ejemplo, usar un recubrimiento epóxico en la superficie interior de una tubería puede reducir la probabilidad de ACBT. Protección catódica: la protección catódica es una técnica utilizada para proteger los metales de la corrosión mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica a su superficie. Esta técnica también puede ayudar a prevenir el ACBT al reducir el potencial de corrosión del metal. Controles ambientales: controlar el entorno que rodea al metal puede ayudar a prevenir el ACBT. Por ejemplo, reducir la temperatura o la acidez del ambiente puede ayudar a prevenirlo. Inspección y mantenimiento: las inspecciones y el mantenimiento regulares pueden ayudar a detectar el ACBT antes de que cause un fallo. Esto incluye inspecciones visuales, pruebas no destructivas y la monitorización de factores ambientales.

Fallos notables thumb|right|El Silver Bridge colapsado, visto desde el lado de Ohio

Un gasoducto de transmisión de 81 cm de diámetro, al norte de Natchitoches (Luisiana), perteneciente al Gasoducto de Tennessee, explotó y se incendió debido al ACBT el 4 de marzo de 1965, causando la muerte de 17 personas. Al menos otras 9 personas resultaron heridas y 7 viviendas a 137 metros del punto de la rotura quedaron destruidas. La corrosión por tensión mecánica provocó el catastrófico colapso del Silver Bridge en diciembre de 1967, cuando una péndolas del puente colgante que cruzaba el río Ohio en Point Pleasant, Virginia Occidental, falló repentinamente. La junta de la cadena principal falló y toda la estructura se desplomó al río, causando la muerte de 46 personas que atravesaban el puente con sus vehículos en ese momento. El óxido en la junta de la barra con ojales de conexión había provocado una grieta por corrosión bajo tensión, que se volvió crítica debido a la alta carga del puente y a las bajas temperaturas. El fallo se vio agravado por un alto nivel de esfuerzo residual en la barra con el ojal. El desastre provocó la revaluación de los puentes en Estados Unidos. Vuelo 243 de Aloha Airlines: en 1988, el vuelo 243 de Aloha Airlines sufrió un fallo parcial del fuselaje debido al ACBT. El Boeing 737-200 volaba de Hilo a Honolulu, Hawái, cuando una sección del fuselaje se rompió, lo que provocó un evento de descompresión. La investigación del fallo determinó que el ACBT se había producido en el revestimiento de aluminio del fuselaje debido a los repetidos ciclos de presurización y despresurización de la aeronave. El incidente provocó cambios en los procedimientos de mantenimiento e inspecciones de las aeronaves para prevenir fallos similares posteriores. Sistema de oleoducto Trans-Alaska: en 2001, una sección del oleoducto Trans-Alaska falló debido al ACBT. El oleoducto se utiliza para transportar petróleo crudo desde la vertiente norte de Alaska hasta la terminal marítima de Valdez. El fallo se produjo cuando se rompió una sección de 34 pies del oleoducto, lo que provocó un derrame de más de de petróleo crudo. La investigación del fallo determinó que se había producido un ACBT en el oleoducto debido a la presencia de agua y bacterias, lo que creó un ambiente corrosivo.