Superaleación IN738LC

IN738LC es una importante superaleación con base de Ni ampliamente utilizada para fabricar componentes de sección caliente en motores de turbinas de gas. Presenta excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas combinadas con una buena procesabilidad.

Esta guía proporciona una visión detallada de la IN738LC, incluyendo su composición, propiedades, procesamiento, aplicaciones, ventajas, limitaciones, proveedores y comparaciones con superaleaciones alternativas.

Introducción a la IN738LC Superaleación

IN738LC es una superaleación de base níquel endurecible por precipitación con las siguientes características clave:

• Excelente resistencia a altas temperaturas y a la fluencia
• Buena resistencia a la fatiga térmica y a la oxidación
• Mantiene sus propiedades hasta ~1100°C
• Composición optimizada para la procesabilidad
• Aplicaciones versátiles en turbinas de gas
• Disponible en chapa, placa, barra y piezas forjadas
• Puede soldarse con técnicas adecuadas

Sus propiedades equilibradas hacen que el IN738LC sea adecuado para una amplia gama de componentes de turbinas de gas que funcionan en condiciones exigentes.

Composición química de IN738LC

La composición química nominal del IN738LC es:

IN738LC Composición química

Elemento	Peso %
Níquel	Bal.
Cromo	16.0
Cobalto	8.5
Aluminio	3.4
Titanio	3.4
Tántalo	1.7
Carbono	0.11
Boro	0.001

• El níquel proporciona la matriz y mejora la ductilidad
• Cromo para la resistencia a la corrosión en caliente y a la oxidación
• Elementos refractarios como Ta, Ti, W para reforzar
• Carbono/boro para el refuerzo de los límites de grano
• Composición optimizada para soldabilidad

El diseño equilibrado de la aleación ofrece una combinación de resistencia a altas temperaturas, ductilidad y facilidad de fabricación.

Propiedades físicas y mecánicas de IN738LC

Propiedades físicas

• Densidad: 8,19 g/cm3
• Intervalo de fusión: 1315-1370°C
• Conductividad térmica: 11 W/m-K
• Módulo de elasticidad: 205 GPa
• Resistividad eléctrica: 125 μΩ-cm

Propiedades mecánicas a temperatura ambiente

• Resistencia a la tracción: 1035 MPa
• 0,2% Límite elástico: 965 MPa
• Alargamiento: 22%
• Resistencia a la fatiga: 590 MPa

Propiedades mecánicas a alta temperatura

• Resistencia a la tracción:
  • 750 MPa a 704°C
  • 255 MPa a 982°C
• Resistencia a la ruptura:
  • 240 MPa a 760°C (100 h)
  • 170 MPa a 982°C (100 h)

Sus propiedades lo hacen adecuado para un servicio a largo plazo de hasta ~9500C con los márgenes de diseño adecuados.

Principales aplicaciones de la superaleación IN738LC

IN738LC encuentra aplicación en:

• Piezas de la sección caliente de turbinas de gas:
  • Camisas de combustión
  • Conductos de transición
  • Toberas de turbina
  • Álabes y paletas de turbina de las fases 1 y 2
• Cámaras de combustión de motores de cohetes
• Dispositivos de tratamiento térmico
• Barras de combustible nuclear
• Componentes de la industria de procesos químicos

Su versatilidad lo hace útil en varias aplicaciones críticas de alta temperatura en entornos exigentes.

Fabricación y transformación de IN738LC

Entre los aspectos importantes de la fabricación del IN738LC se incluyen:

Fundición

• Fusión por inducción en vacío y refundición por arco voltaico en vacío
• Garantiza la homogeneidad química

Formando

• Trabajo en caliente a más de 1150°C
• Trabajo en frío de chapas y láminas

Tratamiento térmico

• Tratamiento de la solución - 1120°C, enfriamiento rápido
• Endurecimiento por precipitación - 845°C, 24 horas, enfriado al aire

Unión

• Soldadura fuerte por haz de electrones y en vacío
• Soldadura por fusión con aleaciones de aportación coincidentes

Revestimientos

• Revestimientos de aluminuro de difusión y de recubrimiento
• Revestimientos de barrera térmica

El control de la fusión, el trabajo en caliente, el tratamiento térmico, la unión y los revestimientos es fundamental para conseguir unas propiedades óptimas.

¿Por qué elegir la superaleación IN738LC?

Algunas ventajas clave de IN738LC:

• Excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas
• Conserva la fuerza y la resistencia a la fluencia hasta ~1100°C
• Buena resistencia a la fatiga térmica y a la oxidación
• Mayor flexibilidad de procesamiento que otras superaleaciones de Ni
• Puede soldarse por fusión para fabricar piezas complejas
• Disponible en chapa, placa, barra y piezas forjadas
• Rentable en comparación con las aleaciones actuales
• Métodos de tratamiento establecidos y datos disponibles
• Aprobado para componentes críticos del motor

Las propiedades equilibradas y la procesabilidad del IN738LC lo convierten en una opción ideal para muchos componentes de la sección caliente de las turbinas de gas.

Limitaciones del uso de la superaleación IN738LC

Algunas limitaciones a tener en cuenta al utilizar IN738LC son:

• Menor resistencia a altas temperaturas que las últimas aleaciones monocristalinas
• No apto para piezas de turbina a muy alta temperatura
• Susceptible al agrietamiento por deformación durante el conformado
• Requiere un tratamiento térmico cuidadosamente controlado
• Menor resistencia a la oxidación que las aleaciones con Nb
• Soldabilidad no tan buena como IN718
• El conformado puede inducir tensiones residuales

El IN738LC puede no ser adecuado para entornos muy exigentes. Un diseño y procesamiento adecuados son clave para mitigar las limitaciones.

IN738LC Proveedores de superaleaciones

Algunos de los principales proveedores de aleaciones IN738LC son:

• Corporación de Metales Especiales
• Tecnologías Allegheny
• Haynes Internacional
• Tecnología Carpenter
• Tecnología de materiales Sandvik
• Precision Castparts Corp.

IN738LC está disponible como:

• Chapa
• Bar
• Material de forja
• Alambre
• Consumibles de soldadura

Se ofrecen varias formas de producto para adaptarse a los distintos requisitos de fabricación.

Costes de la superaleación IN738LC

IN738LC Indicadores de costes

• Hoja: $90-110/kg
• Barra: $100-120/kg
• Material de forja: $110-130/kg
• Los costes dependen del tamaño, la cantidad, el proveedor y las materias primas
• Generalmente 10-15% más económico que las aleaciones de Ni contemporáneas
• Requiere materias primas de gran pureza, lo que aumenta los costes

IN738LC ofrece un rendimiento rentable para muchas aplicaciones de turbinas de gas. Los acuerdos a largo plazo garantizan precios estables.

Comparación de IN738LC con superaleaciones alternativas

Comparación con IN718

• IN738LC tiene mayor capacidad de temperatura
• Mejores propiedades de fluencia y fatiga térmica
• Reducción de los problemas de conformado frente a IN718
• IN718 ofrece mejor soldabilidad

Comparación con IN713C

• IN738LC tiene mayor resistencia a la tracción y a la fluencia
• Estabilidad de fase mejorada
• Coeficiente de dilatación inferior al IN713C
• IN713C ofrece una mejor fabricabilidad

Comparación con aleaciones de Ni contemporáneas

• Aleaciones avanzadas como Renes N5, CMSX-4 ofrecen mayor resistencia a la temperatura
• Sin embargo, también son menos fáciles de fabricar y más caros.
• IN738LC ofrece una combinación rentable de propiedades

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las principales aplicaciones de la aleación IN738LC?

R: Las principales aplicaciones son las piezas de la sección caliente de las turbinas de gas, como cámaras de combustión, conductos de transición, toberas, álabes y palas de turbina. También se utiliza en motores de cohetes y barras de combustible nuclear.

P: ¿Cuáles son las principales propiedades del IN738LC?

R: Tiene excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas, hasta 1100°C, buena resistencia a la fatiga y a la oxidación, alta resistencia y mejor fabricabilidad que otras superaleaciones de Ni.

P: ¿Qué tratamiento térmico se utiliza para IN738LC?

R: Tratamiento por disolución a 1120°C seguido de endurecimiento por precipitación a 845°C/24 horas. El tratamiento térmico controlado es fundamental para conseguir las propiedades requeridas.

P: ¿Cómo se suelda el IN738LC?

R: La soldadura por haz de electrones y la soldadura al vacío se emplean habitualmente. La soldadura por fusión también puede realizarse utilizando aleaciones de relleno adecuadas y procesos cuidadosamente controlados.

P: ¿Cuáles son las alternativas a IN738LC?

R: Las alternativas incluyen IN718, IN713C y aleaciones de Ni avanzadas como Renes N5, CMSX. Cada una tiene sus pros y sus contras frente a la IN738LC.

P: ¿Necesita revestimientos la IN738LC?

R: Pueden utilizarse aluminuros de difusión o revestimientos de recubrimiento. Los revestimientos de barrera térmica son beneficiosos para los componentes de las turbinas. Los revestimientos mejoran la resistencia a la oxidación y la corrosión.

P: ¿Qué precauciones hay que tomar al mecanizar IN738LC?

R: Requiere altas velocidades de corte con herramientas afiladas para evitar los efectos del endurecimiento por deformación. Es esencial utilizar abundante refrigerante. El mecanizado puede inducir tensiones residuales que requieren un tratamiento térmico de alivio.

P: ¿Dónde se utiliza el IN738LC en los motores de turbina de gas?

R: Se utiliza ampliamente para revestimientos de combustión, conductos de transición, toberas, álabes de turbina de fase 1 y 2 y álabes en las secciones calientes.

P: ¿En qué formas está disponible el IN738LC?

R: Los productos más comunes son chapas, placas, barras, piezas forjadas y alambre. Se utilizan varias formas para fabricar componentes de sección en caliente en función de los requisitos.

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Additional FAQs about IN738LC Superalloy

1) Is IN738LC suitable for additive manufacturing (AM)?

• Yes, but it is challenging. IN738LC is crack‑sensitive in laser PBF due to high gamma prime and segregation. Success typically requires preheating (>800–1000°C), optimized scan strategies, and post‑build HIP. Binder jetting followed by sintering/HIP is also being explored.

2) How does low‑carbon “LC” affect weldability and cracking?

• The LC grade reduces carbon and boron to mitigate solidification and strain‑age cracking, improving repair weldability versus conventional IN738. Nonetheless, controlled heat input, interpass temperature, and post‑weld heat treatment (PWHT) are still critical.

3) What coating systems pair best with IN738LC in turbines?

• Diffusion aluminides (e.g., Pt‑Al) for hot corrosion/oxidation, and MCrAlY (Ni/Co‑based) bond coats with thermal barrier coatings (YSZ/YSZ‑plus) for high gas‑temperature margins. Coating choice depends on sulfur/vanadium contamination and duty cycle.

4) Which heat treatment variants are used after casting vs wrought?

• Cast: Solution ~1120–1160°C (hold to dissolve γ′/carbides per spec), rapid quench, age ~845°C/24 h air cool. Wrought/forged stock may use slightly adjusted solution times to balance grain size and residual stresses. Always follow vendor specification.

5) What are common failure modes in service and how to mitigate?

• Hot corrosion (Type I/II), oxidation, creep crack growth at airfoil roots, and thermal‑mechanical fatigue. Mitigations: optimized cooling schemes, robust TBC systems, chemistry control of fuels/ingress, and interval HIP/repair to remove casting defects.

2025 Industry Trends: IN738LC Superalloy

• AM repair and new‑build trials: Multi‑kilowatt PBF‑LB systems with >900°C preheat and in‑situ monitoring are enabling small AM geometries and repair features in IN738LC, followed by HIP.
• Advanced TBC stacks: Columnar YSZ with gadolinium zirconate top layers extend spallation life on IN738LC blades in corrosive fields.
• Data‑driven lifing: Digital twins using CT‑measured defect maps of cast IN738LC combined with creep/LCF models guide extended on‑wing intervals.
• Hydrogen‑ready turbines: Testing shows comparable oxidation but altered hot‑corrosion chemistry under H2‑rich fuels—coating tweaks and seal upgrades recommended.
• Supply chain resilience: More VIM+VAR melt capacity and strict revert management lower inclusion rates and improve fatigue scatter.

Table: 2025 indicative benchmarks and specs for IN738LC

Métrica	Typical Range/Target	Notas
Densidad (g/cm3)	~8.19	Per datasheets
Service temp capability (°C)	up to ~1100 (coated)	Component/stress dependent
Room‑temp UTS (MPa)	~1000–1100	Product/form dependent
0.2% YS (MPa)	~900–1000
Creep rupture (760°C/100 h)	≥240 MPa	Casting quality sensitive
AM preheat (PBF‑LB)	>800–1000°C	To reduce cracking
HIP cycle (typical cast)	~1180–1210°C/100–200 MPa/2–4 h	Vendor spec governs
TBC	MCrAlY + YSZ/dual‑layer	Duty and fuel chemistry driven

Selected references and standards:

• ASM Handbook (Superalloys), Superalloys Conference proceedings – https://www.asminternational.org/
• MMPDS, aerospace material specs (AMS) and OEM specs for Ni‑based castings – https://www.faa.gov/ | https://www.sae.org/
• ISO 17034/IEC/ASTM test methods for high‑temp mechanicals, oxidation, and coating evaluation – https://www.astm.org/
• NACE/AMPP hot corrosion resources – https://www.ampp.org/
• NIST materials data and CT standards – https://www.nist.gov/

Latest Research Cases

Case Study 1: Crack‑Mitigated PBF‑LB Printing of IN738LC Segments (2025)
Background: An aero‑engine MRO evaluated AM new‑build small vane segments to reduce lead time versus investment casting.
Solution: Implemented 950°C platen preheat, optimized scan rotation with reduced contour speed, oxygen <100 ppm, and in‑situ melt‑pool monitoring; post‑build HIP and standard aging; applied MCrAlY + TBC.
Results: Build success rate 90%+; CT showed porosity <0.1%; LCF at 850°C matched cast baseline within ±7%; lead time −40%.

Case Study 2: Extended TBC Life on IN738LC in H2‑Blend Operation (2024)
Background: A power OEM observed higher TBC distress under 30% H2 fuel blend.
Solution: Transitioned to dual‑layer TBC (MCrAlY bond + YSZ/Gd2Zr2O7 top), adjusted bond coat Al activity, and optimized cooling hole geometry; fuel sulfur tightened.
Results: TBC spallation life +28%; oxidation hot‑spot temp −15–20°C; inspection interval extended by 1,000 EOH.

Opiniones de expertos

• Prof. Roger C. Reed, Professor of Materials, University of Oxford
  Viewpoint: “IN738LC remains a workhorse cast superalloy; controlling casting defects and applying robust HIP plus coating strategies are still the biggest levers on life.”
• Dr. Matthew J. Donachie, Superalloy Author and Consultant
  Viewpoint: “For repair and AM trials, heat input control and post‑process HIP are essential to overcome IN738LC’s crack sensitivity while retaining its high‑temperature capability.”
• Dr. Helen G. Davies, Turbine Materials Lead, Major Power OEM
  Viewpoint: “Fuel transitions, including hydrogen blends, shift hot‑corrosion regimes. Tailored MCrAlY chemistries and dual‑layer TBCs on IN738LC are proving effective counters.”

Practical Tools/Resources

• ASM Alloy Center and Superalloys texts – https://www.asminternational.org/
• SAE/AMS specs for Ni‑superalloy castings and coatings – https://www.sae.org/
• AMPP/NACE resources on hot corrosion – https://www.ampp.org/
• ASTM high‑temp testing and oxidation/TBC methods (e.g., E139, G54, C633) – https://www.astm.org/
• NIST CT and AM datasets for defect quantification – https://www.nist.gov/
• Thermal modeling and lifing tools (OEM/applications, commercial FEM/CFD suites)

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Last updated: 2025-10-14
Changelog: Added 5 targeted FAQs; included 2025 benchmarks table and trends; provided two case studies; added expert viewpoints; curated standards/resources; inserted SEO keyword guidance
Next review date & triggers: 2026-04-15 or earlier if AMS/ASTM/coating standards update, OEM lifing methods change, hydrogen‑blend data evolves, or new AM parameter windows are published for IN738LC