La fabricación aditiva ha proporcionado a los ingenieros de aeroespacial, generación de energía y muchos otros sectores la oportunidad de fabricar piezas de alto rendimiento que antes se consideraban imposibles.
Del mismo modo, el aumento de las piezas de alto rendimiento fabricadas mediante aditivos ha llevado a la necesidad de colaborar con los tratadores térmicos para mejorar las propiedades mecánicas de estos componentes de nueva generación.
El Inconel 718 es una de las superaleaciones con base de níquel más utilizadas para crear estas piezas de misión crítica. Esta discusión resume los principales pasos de producción: Fusión selectiva por láser, prensado isostático en caliente y tratamiento térmico.
Piezas metálicas fabricadas por adición.

Fundamentos de Inconel 718

Inconel 718 es una composición de alto rendimiento propiedad de Special Metals Corporation, denominada genéricamente aleación 718. Esta aleación, al igual que las superaleaciones con base de níquel, es uno de los materiales preferidos en el sector aeroespacial y en la generación de energía, debido a su rendimiento superior en entornos de alta temperatura y tensión, como los motores a reacción, los motores de cohetes y las turbinas de gas.
La fórmula del Inconel 718 contiene 50 - 55% de níquel, 17 - 21% de cromo, 4,75 - 5,5% de niobio y 2,8 - 3,3% de molibdeno. Además, hay cantidades menores de cobalto, manganeso, cobre, titanio, aluminio, silicio, carbono, azufre, fósforo y boro.
La producción y el procesamiento del Inconel 718 están referenciados en muchas normas, algunas de las cuales son:

  • AMS5596 para hojas, tiras, láminas y placas.
  • AMS5662 para barras, piezas forjadas y anillos.
  • AMS2774 para el tratamiento térmico.
  • ASTM F3055que cubre la fabricación aditiva de aleaciones de níquel mediante la fusión de lechos de polvo.
  • El Inconel 718 se identifica como N07718 en el Sistema de Numeración Unificado adoptado por ASTM y SAE.

Otros nombres comerciales comunes de superaleaciones que encontrará son varios Monel, Incoloy, Hastelloy, Haynes, René y Mar.

Dureza del Inconel 718 y otras propiedades mecánicas

El Inconel 718 es venerado por su alta resistencia a temperaturas criogénicas de hasta 1.300 grados Fahrenheit. Es especialmente eficaz cuando se diseña como componente de la sección caliente de los motores a reacción, ya que conserva su integridad mecánica a alta temperatura durante largos periodos de tiempo. La estructura de base cúbica centrada en la cara y la capacidad de refuerzo por precipitación del Inconel 718 le permiten resistir la deformación gradual o la ruptura repentina de una pieza sometida rutinariamente a grandes esfuerzos (los fenómenos se denominan arrastrarse y ruptura por tensión, respectivamente).
Dependiendo de su fabricación y tratamiento térmico, las piezas de Inconel 718 suelen alcanzar una dureza de unos 36 HRC. Se trata de una dureza bastante suave en comparación con otros aceros de alta dureza utilizados en el mecanizado, la fundición a presión o algunas aplicaciones de automoción. Pero en las aplicaciones aeroespaciales y de generación de energía para las que el Inconel 718 es más adecuado, la dureza no es lo importante. Lo más importante son las propiedades mecánicas bajo altas tensiones y altas temperaturas.

Fusión del lecho de polvo

La fusión del lecho de polvo es una técnica de fabricación aditiva que a veces también se denomina fusión selectiva por láser, sinterización directa de metales por láser o fusión por haz de electrones. En este proceso, una pieza se imprime capa a capa cuando un láser o un haz de electrones se dispara con precisión sobre el polvo metálico en presencia de un gas inerte.
De forma genérica, se denomina fabricación aditiva o impresión metálica en 3D.
Impresora metálica 3D
El proceso ha ganado adeptos en los últimos años porque permite crear piezas muy resistentes con formas precisas y complejas que serían muy difíciles (y a veces imposibles) de fabricar por cualquier otro medio.
El Inconel 718 es una aleación muy popular para la fusión en lecho de polvo porque es uno de los polvos de superaleación con base de níquel de más fácil acceso.
La fabricación aditiva -y en particular el proceso de fusión de lechos de polvo sinterizado por láser- somete a las piezas a una gran tensión. Antes de comenzar cualquier otro procesamiento, las piezas impresas deben ser liberadas de tensiones.

Prensado isostático en caliente (HIP)

En las aplicaciones aeroespaciales y de generación de energía de misión crítica, el rendimiento de las piezas debe ser máximo. La elección del material ideal tiene un largo recorrido, pero el HIP es un paso integral en el proceso. Este proceso de alta temperatura y alta presión refuerza las piezas metálicas eliminando los vacíos internos que se forman durante la fabricación.
El HIP se introdujo originalmente para combatir el fenómeno de porosidad de la fundición. Ha evolucionado hasta convertirse en el proceso térmico preferido de las piezas fabricadas con aditivos para maximizar el rendimiento mecánico y la longevidad. La unión por difusión de metales distintos también se realiza mediante el HIP.
En el caso de Inconel 718 y superaleaciones similares, el HIP se lleva a cabo a unos 2.200 grados Fahrenheit a hasta 1.700 bares (25 ksi). Mientras que el HIP puede dar lugar a cambios de forma en piezas que contienen grandes vacíos, las piezas fabricadas con aditivos suelen tener sólo poros muy pequeños. El resultado es una forma neta que permanece esencialmente inalterada una vez finalizado el HIP.
Como resultado de HIP, las piezas pueden mostrar:

  • Mejora del rendimiento en servicios de alto calor y alta fatiga.
  • Mayor resistencia a los impactos.
  • Mayor resistencia al desgaste y a la abrasión.
  • Mejor ductilidad.

Tratamiento térmico de Inconel 718

El tratamiento térmico recomendado para el Inconel 718 es solución de tratamiento seguido de endurecimiento por precipitación.
En el tratamiento de la solución, las piezas en un horno de vacío se calientan y se mantienen a una temperatura suficiente para promover la disolución de sus fases solubles. Esto homogeneiza la estructura de la pieza. El tratamiento en solución va seguido de un enfriamiento con argón. Dado que el tratamiento por disolución da lugar a piezas más blandas, éstas deben volver a endurecerse antes de su procesamiento adicional o de su uso final.
El endurecimiento por precipitación (también conocido como envejecimiento) se lleva a cabo en hornos de vacío a lo largo de muchas horas y a temperaturas más bajas en comparación con el tratamiento por disolución. Este proceso gradual permite un cierto movimiento difusional dentro de la pieza que aumenta su resistencia. El tiempo de envejecimiento de una pieza influye en su dureza, pero los tratadores térmicos deben tener cuidado de no envejecer las piezas demasiado tiempo. Un envejecimiento excesivo hará que las piezas se ablanden.
Para más información sobre el tratamiento térmico de las piezas fabricadas con aditivos, consulte ASTM F3301que cubre el postratamiento térmico de las piezas metálicas fabricadas mediante la fusión de lechos de polvo.

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