11.12.18
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Artículo técnico
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.
El auge de las piezas de alto rendimiento fabricadas mediante aditivos ha dado lugar a una increíble colaboración con los tratadores térmicos para mejorar las propiedades mecánicas de estos componentes de nueva generación e impulsar su lanzamiento comercial. espacio.
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.
Composición del Inconel 718
Inconel 718 es una composición de alto rendimiento propiedad de Special Metals Corporation, denominada genéricamente aleación 718. Esta superaleación basada en el níquel, y otras similares, son los materiales preferidos en los sectores espacial, aeroespacial y de generación de energía debido a su rendimiento superior en entornos de alto calor y tensión, como los motores a reacción, los motores de cohetes y las turbinas de gas.
El Inconel 718 está compuesto por 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
Esta superaleación es venerada por su alta resistencia a temperaturas criogénicas de hasta 1.300 grados Fahrenheit. Es especialmente eficaz cuando se utiliza en los componentes de la sección caliente de los motores de reactores y cohetes porque 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 rotura por fluencia 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 en la fabricación aditiva
La fusión del lecho de polvo se refiere a un grupo de técnicas de fabricación aditiva que incluye la fusión selectiva por láser, la sinterización directa de metales por láser y la fusión por haz de electrones. En estos procesos, 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.
Genéricamente, se denomina fabricación aditiva o la impresión 3D en metal.
El proceso ha ganado adeptos 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 popular para la fusión de lechos 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 lecho de polvo sinterizado por láser- somete a las piezas a una gran tensión. Antes de comenzar cualquier otro procesamiento, las piezas impresas deben ser alivio del estrés.
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 mucho que ver, pero HIP es un paso integral en el proceso. Este proceso de alta temperatura y alta presión refuerza las piezas metálicas al eliminar 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.
- Mayor resistencia a la tracción.
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.
Experiencia en procesos de Paulo
Paulo lleva el procesamiento y el tratamiento térmico de Inconel 718 y otras superaleaciones al siguiente nivel. Ahora ofrecemos servicios de HIP además de otros tratamientos térmicos líderes, maximizamos el rendimiento de componentes clave de motores de cohetes y de generación de energía.
Todos nuestros procesos se llevan a cabo en equipos de tratamiento térmico de última generación respaldados por los operadores más experimentados del sector y el mejor software de control de procesos. Esta combinación garantiza que sus piezas de alto rendimiento sean tratadas exactamente como se especifica, sin errores ni desperdicios.
Si quiere saber más sobre las innovadoras técnicas de tratamiento térmico para la industria espacial, consulte nuestro Guía esencial del procesamiento térmico para la fabricación espacial y aditiva. Si busca orientación sobre el procesamiento y el tratamiento térmico de Inconel 718 u otras superaleaciones de alto rendimiento, estamos listos para ayudar.
