Inconel 718 Polvo

Visión general

Polvo de Inconel 718 es un polvo de aleación de níquel-cromo que se utiliza principalmente en aplicaciones de fabricación aditiva e impresión 3D de metales. Algunas características clave del polvo de Inconel 718 incluyen:

• Gran resistencia y dureza, incluso a altas temperaturas
• Excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación
• Buena soldabilidad y mecanizabilidad
• Capacidad de fabricación aditiva de geometrías complejas
• Se utiliza en los sectores aeroespacial, del petróleo y el gas, de la automoción y otras industrias exigentes

Inconel 718 es una aleación de níquel endurecida por precipitación con adiciones de cromo, hierro, niobio, molibdeno, titanio y aluminio. Combina resistencia a la corrosión, alta resistencia a temperaturas elevadas de hasta 700 °C y facilidad de fabricación de piezas complejas mediante fabricación aditiva.

Inconel 718 Composición del polvo

A continuación se indica la composición nominal del polvo de Inconel 718:

El contenido de hierro está equilibrado a 100% en peso. Otros oligoelementos como el carbono, el manganeso y el silicio pueden estar presentes en pequeñas cantidades.

Los principales elementos de aleación del polvo de Inconel 718 son el níquel, el cromo, el niobio y el molibdeno. El níquel forma la matriz de la aleación aportando ductilidad. El cromo proporciona resistencia a la oxidación y a la corrosión. El niobio, en combinación con el níquel y el cromo, contribuye al endurecimiento por precipitación. El molibdeno también mejora la resistencia a altas temperaturas mediante el refuerzo por solución sólida.

Características y propiedades de Inconel 718 Polvo

El polvo de Inconel 718 presenta las siguientes características:

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción: 1.034 - 1.414 MPa
• Límite elástico: 827- 1.103 MPa
• Elongación: Alrededor de 20%
• Dureza: 36-48 HRC

Propiedades físicas:

• Punto de fusión: 1.300°C
• Densidad: 8,19 g/cm3

Propiedades térmicas:

• Coeficiente de dilatación térmica: 12,8 x 10^-6 /K
• Temperatura máxima de servicio: 700°C
• Conductividad térmica: 11,2 W/m.K

Resistencia a la corrosión:

• Excelente resistencia a la corrosión en una amplia gama de ácidos, álcalis y sales
• Resiste la sulfuración y la oxidación hasta 700°C

Distribución granulométrica del polvo de Inconel 718

Las distribuciones típicas del tamaño de las partículas del polvo de Inconel 718 para procesos AM son:

Pueden utilizarse distribuciones de tamaño de partícula más estrechas, como 15-45 μm, pero en general son habituales las distribuciones más anchas, entre 15-75 μm. También hay polvos atomizados más finos por debajo de 15 μm. Las partículas más grandes por encima de 100 μm pueden requerir tamizado.

Métodos de producción del polvo de Inconel 718

Los métodos comunes de producción de polvo de aleación de Inconel 718 incluyen:

• Atomización de gases - El gas inerte a alta presión (N2 o Ar) desintegra el flujo de aleación fundida en finas gotas que se solidifican en polvo. Proporciona polvo esférico ideal para AM.
• Proceso de electrodo giratorio - El material fundido se hace girar a gran velocidad en una atmósfera inerte para producir copos o polvo esférico. Menor coste que la atomización.
• Proceso de electrodos rotativos de plasma (PREP) - Los electrodos de Inconel 718 se giran y funden utilizando una fuente de calor de plasma en una atmósfera de gas inerte. Esto produce un polvo esférico adecuado para la AM.
• Fusión por inducción en vacío (VIM) seguida de atomización con gas - La aleación se funde primero utilizando VIM para refinar la composición y eliminar las inclusiones. A continuación, se atomiza en polvo.

Para la fabricación aditiva con Inconel 718 se prefieren los polvos de electrodos atomizados por gas y de plasma rotatorio con distribución controlada del tamaño de las partículas.

Normas y especificaciones

El polvo de Inconel 718 fabricado para aplicaciones de fabricación aditiva cumple las siguientes especificaciones:

La composición química se ajusta a AMS 5662 y las propiedades mecánicas a AMS 5662 o ASTM B214 tras su fabricación mediante AM y tratamiento térmico.

Usos y aplicaciones

Los principales usos y aplicaciones del polvo de aleación Inconel 718 incluyen:

Aeroespacial: Los componentes aeroespaciales críticos, como álabes de turbinas, carcasas, fijaciones, engranajes, guías de ondas y fuselajes, se fabrican de forma aditiva con polvo de Inconel 718 debido a su alta resistencia y rendimiento a temperaturas elevadas.

Petróleo y gas: Se utiliza para imprimir herramientas de fondo de pozo, válvulas y componentes de boca de pozo que deben resistir el agrietamiento y la corrosión por sulfuro de hidrógeno.

Automoción y carreras: Los componentes ligeros de alto rendimiento, como turbocompresores, válvulas de motor y colectores de escape, se imprimen en 3D en Inconel 718 en lugar de acero.

Médico y dental: Instrumentos quirúrgicos, coronas dentales e implantes impresos gracias a su biocompatibilidad y capacidad de esterilización mediante autoclave.

Herramientas: Las herramientas ligeras de Inconel 718 impresas en 3D mediante AM ofrecen una vida útil más larga que los aceros para herramientas tradicionales.

Bombas, válvulas y herrajes marinos: Componentes expuestos a la corrosión del agua de mar y entornos marinos impresos en Inconel 718.

Ventajas del polvo de Inconel 718

Las ventajas de utilizar polvo de Inconel 718 para la fabricación aditiva incluyen:

• Las piezas impresas en Inconel 718 pueden igualar o superar los niveles de resistencia de las piezas forjadas.
• Capacidad para producir geometrías complejas y ligeras que no son posibles con piezas de fundición.
• El acabado de la superficie impresa es mucho más liso que el de las superficies mecanizadas
• El menor peso de los componentes reduce el consumo de combustible en aplicaciones aeroespaciales
• Excelente resistencia a la corrosión en entornos difíciles sin revestimientos
• Su elevada dureza proporciona una buena resistencia al desgaste y a la abrasión
• Componentes totalmente densos en comparación con los defectos de porosidad de la fundición
• Plazos de entrega y costes reducidos en comparación con las piezas forjadas o fundidas

Limitaciones de Inconel 718 Polvo

Algunas limitaciones o desventajas asociadas con el polvo de Inconel 718 incluyen:

• Costes de material elevados en comparación con los aceros para herramientas o las aleaciones de aluminio
• Requiere prensado isostático en caliente (HIP) tras la AM para conseguir las mejores propiedades
• Difícil de imprimir y procesar debido a su escasa conductividad térmica
• Propenso a la formación de grietas y defectos de porosidad sin parámetros optimizados
• Un número limitado de modelos de impresoras 3D de metal pueden procesar polvo de Inconel 718
• Los procesos posteriores, como la eliminación de soportes, el mecanizado y el acabado, aumentan los costes.
• La cualificación y certificación requieren costosas pruebas mecánicas

Análisis de costes

A continuación se resumen los precios típicos del polvo de aleación Inconel 718 para fabricación aditiva:

El coste depende de la distribución granulométrica del polvo, la morfología, el método de fabricación y la cantidad de compra. El tratamiento térmico, el tratamiento HIP, el mecanizado, los ensayos y la certificación generan costes adicionales que pueden superar el coste del material. Comprar polvo de calidad aeroespacial totalmente certificado será más caro.

Proveedores

Algunos de los principales proveedores mundiales de polvo de aleación de níquel Inconel 718 para AM son:

Criterios de selección

Los principales criterios de selección del polvo de Inconel 718 incluyen:

Composición química - Debe ajustarse a las especificaciones de composición AMS 5662 o ASTM B214

Distribución granulométrica - La D50 y la distribución dependen del proceso de AM y de la resolución de capa deseada

Forma de polvo - La morfología del polvo altamente esférica y lisa garantiza un flujo de polvo óptimo y capas uniformes

Método de fabricación - Polvo atomizado por gas y plasma preferible a los métodos PREP, atomizado rotativo

Impurezas - Bajos niveles de oxígeno y nitrógeno para evitar defectos y problemas de agrietamiento

Densidad aparente y densidad de toma - La mayor densidad mejora los índices de reutilización del polvo y el empaquetado

Caudal - El caudal mínimo de Hall de 20 segundos para 50 g garantiza una distribución suave del polvo

Análisis comparativo

Comparación entre el polvo de Inconel 718 y las alternativas:

Inconel 718 vs Polvos de acero

Ventajas frente a los aceros inoxidables

• Mayor resistencia a altas temperaturas
• Mayor dureza y resistencia al desgaste
• Mayor resistencia a la corrosión

Desventajas frente a los aceros inoxidables

• Mayor coste del material
• Menor ductilidad y tenacidad a la fractura
• Más difícil de imprimir y procesar

Parámetros de impresión para Inconel 718 Polvo

Gama típica de parámetros de impresión para polvo Inconel 718 en sistemas de fusión de lecho de polvo por láser (L-PBF):

Los parámetros dependen de factores como la resolución deseada, las propiedades mecánicas, la velocidad de producción, las especificaciones de la impresora OEM y las características del polvo.

Operaciones de postprocesamiento

Los pasos de postprocesado habituales que se realizan en las piezas impresas de Inconel 718 incluyen:

• Eliminación de polvo: El exceso de polvo se sopla o se elimina de las cavidades internas y de las superficies.
• Alivio del estrés: Calentamiento por debajo de la temperatura de disolución para eliminar las tensiones residuales.
• Prensado isostático en caliente (HIP): El proceso HIP de la cápsula ayuda a cerrar las cavidades internas y los microporos
• Solución tratamiento y envejecimiento: Tratamientos térmicos de endurecimiento por precipitación para conseguir las propiedades requeridas
• Mecanizado de superficies: Mecanizado CNC de superficies impresas para reducir la rugosidad y ajustar las tolerancias
• Acondicionamiento de superficies: El peening con microesferas de vidrio, el pulido láser u otros procesos de acondicionamiento de superficies pueden reducir la rugosidad.

Preguntas frecuentes

¿Por qué Inconel 718 es la superaleación más utilizada para la impresión metálica en 3D?

El Inconel 718 es popular para la fabricación aditiva debido a su excelente resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la corrosión, facilidad de fabricación en geometrías complejas mediante impresión 3D, capacidad de rendimiento en entornos extremos y adopción en aplicaciones críticas en el sector aeroespacial, petróleo y gas, etc., donde el fallo no es una opción.

¿Necesita Inconel 718 tratamiento térmico después de la AM?

Sí, tras la impresión de componentes de Inconel 718 mediante AM es necesario un tratamiento térmico que incluya el recocido por disolución y el envejecimiento en varios pasos para ajustar la microestructura y transformarla en precipitados endurecidos que proporcionen unas propiedades mecánicas excelentes.

¿Cuál es la diferencia entre Inconel 625 y 718 en la fabricación aditiva?

Las principales diferencias son que el Inconel 625 tiene mayor soldabilidad mientras que el Inconel 718 ofrece mayor límite elástico y resistencia a la tracción. El Inconel 718 también se comporta mejor en condiciones criogénicas, mientras que el Inconel 625 es preferible por su resistencia a la fatiga, al agrietamiento por corrosión bajo tensión y al desgaste.

¿Deben someterse a HIP las piezas de Inconel 718 tras la impresión 3D?

El prensado isostático en caliente (HIP) ayuda a eliminar los huecos internos y la microporosidad en los componentes AM de Inconel 718. El HIP mejora la ductilidad, la vida a fatiga y la resistencia a la corrosión, al tiempo que reduce los posibles puntos de fallo. Las aplicaciones aeroespaciales requieren HIP para garantizar la máxima calidad y fiabilidad.

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