Superaleaciones a base de níquel

Índice

Visión general

Superaleaciones a base de níquel son la columna vertebral de las aplicaciones modernas de ingeniería de alto rendimiento, especialmente en industrias que exigen una durabilidad extrema y resistencia a altas temperaturas. Estas superaleaciones son una maravilla de la ciencia de los materiales, ya que presentan una solidez, una resistencia a la oxidación y una resistencia a la fluencia excepcionales. Se utilizan sobre todo en las industrias aeroespacial, de generación de energía y de procesamiento químico, donde los componentes se enfrentan a entornos operativos severos.

Principales aspectos de las superaleaciones a base de níquel:

  • Rendimiento superior a altas temperaturas
  • Resistencia mecánica excepcional
  • Alta resistencia a la deformación por fluencia térmica
  • Buena estabilidad superficial
  • Resistencia a la corrosión y a la oxidación

Para comprender a fondo estas aleaciones hay que explorar su composición, propiedades, aplicaciones y mucho más. Sumerjámonos de lleno en los intrincados detalles de estos fascinantes materiales.

aleación de titanio Ti64

Composición y propiedades de Superaleaciones a base de níquel

Las superaleaciones con base de níquel se componen principalmente de níquel, cromo, cobalto, molibdeno y aluminio, con pequeñas adiciones de otros elementos como titanio, tungsteno y renio. La composición exacta puede variar considerablemente en función de la aleación concreta y de la aplicación prevista.

Tabla: Tipos, composición, propiedades y características de las superaleaciones a base de níquel

Nombre de la aleaciónComposiciónPropiedades claveCaracterísticas
Inconel 718Ni-52%, Cr-19%, Fe-18%, Nb-5%, Mo-3%, Ti-1%, Al-0,5%Excelente resistencia a la tracción y a la rotura a altas temperaturasEndurecible por precipitación, buena soldabilidad
Hastelloy XNi-47%, Cr-22%, Fe-18%, Mo-9%, Co-1,5%, W-0,6%Excelente resistencia a la oxidación, buena conformabilidadResistente a entornos oxidantes y reductores
WaspaloyNi-58%, Cr-19%, Co-13%, Mo-4,3%, Ti-3%, Al-1,4%Alta resistencia y resistencia a la oxidación a temperaturas de hasta 870°CUtilizado en turbinas de gas y fuselajes de alta velocidad
René 41Ni-53%, Cr-19%, Co-11%, Mo-10%, Ti-3%, Al-1,5%Resistencia superior a altas temperaturas y a la oxidaciónUtilizado en álabes de turbinas, aplicaciones de fundición a presión
Nimonic 80ANi-76%, Cr-19,5%, Ti-2,5%, Al-1,4%, Fe-0,5%Buena resistencia a la corrosión y a la oxidación, alta resistencia a la fluenciaUtilizado en componentes de turbinas de gas, reactores nucleares
Aleación 625Ni-61%, Cr-21,5%, Mo-9%, Nb-3,6%, Fe-2,5%, C-0,1%Excelentes propiedades frente a la fatiga y la fatiga térmicaSe utiliza en los sectores aeroespacial, naval y químico
Haynes 282Ni-57%, Cr-19,5%, Co-10,5%, Mo-8,5%, Ti-2,1%, Al-1,5%, Fe-1,5%, Mn-0,06%, Si-0,15%, C-0,06%Alta resistencia a la fluencia, buena estabilidad térmicaAdecuado para turbinas de gas y otras aplicaciones de alta temperatura
Incoloy 800Ni-32,5%, Fe-46%, Cr-21%, C-0,05%, Mn-1,5%, Si-1%, Al-0,4%, Ti-0,4%Excelente resistencia a la oxidación, carburaciónUtilizado en intercambiadores de calor, piezas de hornos
Mar-M247Ni-60%, Cr-10%, Co-10%, W-10%, Al-5,5%, Ti-1%, Ta-3%, Hf-1,5%, C-0,15%, B-0,015%, Zr-0,05%Excelente resistencia a la fluencia y a las altas temperaturasUtilizado en álabes de turbinas, aplicaciones aeroespaciales
Udimet 720Ni-58%, Cr-19%, Co-15%, Mo-3%, Ti-5%, Al-2,5%, Fe-0,5%, C-0,03%Alta resistencia a la tracción y a la rotura, excelente resistencia a la oxidaciónUtilizado en motores de turbina de gas, entornos de alta tensión

Aplicaciones de las superaleaciones a base de níquel

Las superaleaciones con base de níquel encuentran aplicaciones en varios entornos exigentes gracias a sus extraordinarias propiedades. Aquí exploraremos algunas aplicaciones clave en las que estas superaleaciones son indispensables.

Tabla: Aplicaciones y usos de las superaleaciones a base de níquel

IndustriaAplicaciónDetalles
AeroespacialÁlabes de turbinaLa alta resistencia y la resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas garantizan la eficacia y la durabilidad
Generación de energíaComponentes de turbinas de gasSoportan altas tensiones térmicas y entornos corrosivos para ofrecer una larga vida útil.
Procesado químicoIntercambiadores de calor y reactoresExcelente resistencia a los productos químicos corrosivos y a las altas temperaturas, lo que garantiza procesos seguros y eficaces
MarinaPiezas de submarinosResistencia a la corrosión en agua de mar y fuerza para soportar altas presiones
AutomociónRuedas turboMayor rendimiento a altas temperaturas y velocidades de giro
Petróleo y gasEquipos de perforaciónGran resistencia al desgaste y solidez para soportar las duras condiciones de perforación
NuclearComponentes del núcleo del reactorExcelente resistencia a la radiación y estabilidad térmica
MédicoPrótesis e implantesBiocompatibilidad y resistencia a la corrosión para una fiabilidad a largo plazo
ElectrónicaElectrónica de alta temperaturaEstabilidad y rendimiento en entornos térmicos extremos
DefensaMotores a reacción y componentes de misilesFiabilidad y rendimiento en condiciones operativas extremas

Especificaciones, tamaños, calidades y normas

Las especificaciones, tamaños, calidades y normas para superaleaciones a base de níquel varían en función de su aplicación y de los requisitos del sector. Aquí tienes una tabla exhaustiva que resume estos detalles.

Tabla: Especificaciones, tamaños, calidades y normas de las superaleaciones a base de níquel

Nombre de la aleaciónEspecificaciónTallasGradosNormas
Inconel 718AMS 5662, ASTM B637Barras: 0,5-12 pulgadas de diámetroUNS N07718AMS, ASTM, ISO
Hastelloy XAMS 5536, ASTM B435Hojas: 0,015-0,187 pulgadas de grosorUNS N06002AMS, ASTM
WaspaloyAMS 5706, ASTM B637Barras: 0,5-6 pulgadas de diámetroUNS N07001AMS, ASTM
René 41AMS 5545, AMS 5712Hojas: 0,02-0,187 pulgadas de grosorUNS N07041AMS, ASTM
Nimonic 80AAMS 5828, ASTM B637Barras: 0,25-8 pulgadas de diámetroUNS N07080AMS, ASTM, ISO
Aleación 625AMS 5666, ASTM B446Barras: 0,5-12 pulgadas de diámetroUNS N06625AMS, ASTM, ASME
Haynes 282AMS 5914, ASTM B572Barras: 0,5-6 pulgadas de diámetroUNS N07208AMS, ASTM, ASME
Incoloy 800ASTM B408, AMS 5766Barras: 0,25-10 pulgadas de diámetroUNS N08800ASTM, ASME, ISO
Mar-M247EspecificacionesPiezas de fundición: tamaños personalizadosPropiedad
Udimet 720AMS 5664, ASTM B637Barras: 0,5-8 pulgadas de diámetroUNS N07720AMS, ASTM, ASME

Proveedores y precios Superaleaciones a base de níquel

Encontrar proveedores fiables y conocer los precios es crucial para las industrias que dependen de las superaleaciones a base de níquel. He aquí una tabla con algunos de los principales proveedores e información sobre precios.

Tabla: Proveedores y precios de las superaleaciones de níquel

Nombre del proveedorAleaciones disponiblesGama de precios (por kg)UbicaciónInformación del contacto
ATI MetalesInconel 718, Hastelloy X$50 – $100EE.UU.www.atimetals.com, +1 800-289-8443
Haynes InternacionalHaynes 282, Hastelloy X$70 – $120EE.UU.www.haynesintl.com, +1 765-456-6000
Metales especialesNimonic 80A, Incoloy 800$60 – $110REINO UNIDO, ESTADOS UNIDOSwww.specialmetals.com, +1 304-526-5100
Tecnología CarpenterWaspaloy, aleación 625$80 – $130Estados Unidos, Europawww.cartech.com, +1 610-208-2000
VSMPO-AVISMARene 41, Mar-M247$90 – $150Rusiawww.vsmpo.ru, +7 343 45 55 204
VDM MetalesAleación 625, Inconel 718$70 – $120Alemaniawww.vdm-metals.com, +49 2392 55-0
Tecnologías AlleghenyInconel 718, Aleación 625$50 – $110EE.UU. www.atimetals.com, +1 800-289-8443
Arconic Udimet 720, René 41$100 – $160EE.UU., mundialwww.arconic.com, +1 412-315-2900
Erasteel Nimonic 80A, Waspaloy$80 – $140Francia www.erasteel.com, +33 1 53 32 30 00
Precision Castparts CorpMar-M247, Waspaloy$90 – $150EE.UU., mundialwww.precast.com, +1 503-946-4800

Ventajas de las superaleaciones a base de níquel

Las superaleaciones con base de níquel presentan varias ventajas que las convierten en el material preferido para aplicaciones de alta tensión y alta temperatura. Veamos algunas de sus principales ventajas.

Tabla: Ventajas de las superaleaciones a base de níquel

VentajaDescripción
Resistencia a altas temperaturasMantienen la resistencia y la estabilidad a temperaturas superiores a 1000°C
Resistencia a la corrosiónResistente a la oxidación, la sulfuración y otras formas de corrosión a alta temperatura
Resistencia mecánicaExcepcional resistencia a la tracción y a la rotura, crucial para entornos de alta tensión
Resistencia a la fluenciaMinimizan la deformación en caso de exposición prolongada a altas tensiones y temperaturas
Resistencia a la fatigaAlta resistencia a la fatiga, por lo que son ideales para condiciones de carga cíclica
VersatilidadAdecuado para una amplia gama de industrias, como la aeroespacial, la de generación de energía y la de procesamiento químico.
DurabilidadLarga vida útil incluso en entornos extremos
Estabilidad térmicaPropiedades mecánicas estables en una amplia gama de temperaturas
MaquinabilidadPuede mecanizarse según especificaciones precisas, esenciales para el diseño de componentes complejos
PersonalizaciónLas composiciones de las aleaciones pueden adaptarse a los requisitos específicos de cada aplicación.

Desventajas de Superaleaciones a base de níquel

A pesar de sus numerosas ventajas, las superaleaciones a base de níquel tienen ciertas limitaciones. He aquí algunos de sus posibles inconvenientes.

Tabla: Desventajas de las superaleaciones a base de níquel

DesventajaDescripción
Coste elevadoCaro debido al coste de las materias primas y a los complejos procesos de fabricación
Desafíos del mecanizadoDifícil de mecanizar en comparación con otros materiales, ya que requiere herramientas y técnicas especializadas.
DensidadDensidad relativamente alta, lo que puede ser un inconveniente en aplicaciones sensibles al peso.
DisponibilidadDisponibilidad limitada de determinadas aleaciones y calidades, lo que puede alargar los plazos de entrega.
Complejidad del recicladoEl reciclado de estas superaleaciones es difícil debido a su compleja composición.
Dificultad de fabricaciónRequiere técnicas de fabricación avanzadas, que pueden llevar mucho tiempo y ser costosas.
Conductividad térmicaMenor conductividad térmica que otros materiales de alta temperatura
Impacto medioambientalLa extracción y transformación de materias primas puede tener importantes repercusiones medioambientales
Reacciones alérgicasPosibilidad de alergia al níquel en algunas personas
Proveedores limitadosMenos proveedores con capacidad para producir superaleaciones de alta calidad, lo que afecta a la competencia en el mercado.

Comparación de Superaleaciones a base de níquel

Comparar varias superaleaciones con base de níquel ayuda a seleccionar el material adecuado para aplicaciones específicas. He aquí una comparación detallada basada en parámetros clave.

Tabla: Comparación de las superaleaciones a base de níquel

AleaciónFuerzaResistencia a la temperaturaResistencia a la corrosiónMaquinabilidadCoste
Inconel 718AltaHasta 700°CExcelenteBienModerado
Hastelloy XModeradoHasta 1200°CDestacadoFeriaAlta
WaspaloyMuy altaHasta 870°CBienFeriaAlta
René 41Muy altaHasta 1000°CExcelenteDifícilAlta
Nimonic 80AAltaHasta 815°CBienBienModerado
Aleación 625AltaHasta 982°CExcelenteBienAlta
Haynes 282Muy altaHasta 980°CBienFeriaAlta
Incoloy 800ModeradoHasta 700°CExcelenteBienModerado
Mar-M247Muy altaHasta 1150°CBienDifícilMuy alta
Udimet 720Muy altaHasta 950°CExcelenteFeriaAlta
superaleaciones a base de níquel

Preguntas frecuentes

Tabla: Preguntas frecuentes sobre las superaleaciones a base de níquel

PreguntaRespuesta
¿Qué son las superaleaciones a base de níquel?Aleaciones de alto rendimiento compuestas principalmente de níquel, diseñadas para entornos extremos.
¿Qué industrias utilizan superaleaciones a base de níquel?Aeroespacial, generación de energía, procesamiento químico, naval, automoción, etc.
¿Por qué son caras las superaleaciones a base de níquel?Debido al coste de las materias primas y a los complejos procesos de fabricación.
¿Pueden reciclarse las superaleaciones a base de níquel?Sí, pero el reciclaje es complejo debido a sus intrincadas composiciones.
¿Cuál es el límite de temperatura para las superaleaciones a base de níquel?Pueden soportar temperaturas de hasta 1.200 °C según la aleación.
¿Existen problemas de salud con las superaleaciones a base de níquel?Posibles alergias al níquel en algunos individuos.
¿Cómo se fabrican las superaleaciones a base de níquel?Mediante procesos como la fundición, la forja y la pulvimetalurgia.
¿Qué hace que las superaleaciones a base de níquel sean resistentes a la corrosión?El alto contenido de cromo y otros elementos de aleación proporcionan una excelente resistencia a la corrosión.
¿Pueden soldarse estas superaleaciones?Sí, pero la soldadura requiere técnicas específicas y tratamientos posteriores.
¿Cómo se comparan las superaleaciones a base de níquel con otras superaleaciones?Por lo general, ofrecen un rendimiento superior a altas temperaturas y resistencia a la corrosión.

Conclusión

Las superaleaciones a base de níquel son materiales esenciales que impulsan el rendimiento en algunos de los entornos de ingeniería más exigentes. Sus extraordinarias propiedades las hacen indispensables en sectores en los que el fracaso no es una opción. El conocimiento de su composición, propiedades, aplicaciones y ventajas y desventajas permite a los ingenieros y científicos de materiales tomar decisiones informadas que amplían los límites de la tecnología y la innovación.

Así pues, la próxima vez que vea un motor a reacción o una turbina de gas, recuerde a los héroes anónimos -las superaleaciones a base de níquel- que trabajan incansablemente entre bastidores para que el mundo funcione sin problemas.

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