Aleación de níquel X750 Polvo

Transformación y fabricación

El polvo de aleación de níquel X750 puede transformarse en componentes acabados mediante diversos métodos:

Fundición

• Se suele utilizar la fundición a la cera perdida. Los moldes cerámicos permiten la colada a 1427-1538°C (2600-2800°F). Produce piezas de fundición muy sólidas.
• La fundición en arena también puede realizarse, pero se necesita una alimentación adicional de metal líquido para obtener solidez. Pueden ser necesarios aglutinantes de arena especiales.
• La fundición en coquilla permite obtener productos comparables a la fundición a la cera perdida. Pueden fabricarse rollos finos.
• La colada continua en moldes de grafito se utiliza ampliamente para producir palanquillas para su posterior procesamiento.

Cuadro 11: Especificaciones de fundición

Pueden producirse defectos típicos de la fundición, como desgarros en caliente, microporosidad y segregación, pero pueden reducirse al mínimo mediante prácticas adecuadas de inyección/perforación, diseño del molde y vertido/agitación.

Tratamiento de la deformación

El trabajo en caliente se realiza entre 1177-1260°C (2150-2300°F) seguido de un enfriamiento por aire. El trabajo en caliente se realiza por debajo de 1038°C (1900°F). El trabajo en frío puede requerir un recocido intermedio.

Los métodos más comunes son:

• Forja: El proceso de matriz cerrada produce las mejores propiedades
• Laminación: Se realiza tanto el laminado plano como el laminado de forma. Reducción del espesor mínimo 30%
• Extrusión: Excelentes propiedades obtenidas en secciones de hasta 8 pulgadas de diámetro
• Trefilado: Se puede trefilar alambre/barra pesada. Puede ser necesario un ablandamiento intermedio.

Cuadro 12: Especificaciones

Procesos de unión

Todos los métodos estándar pueden unir eficazmente piezas X750. Es preferible utilizar aleaciones compatibles para obtener propiedades óptimas.

Soldadura: La soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW) y la soldadura por arco metálico con gas (GMAW) son las más utilizadas. La soldadura por resistencia y la soldadura por rayo láser también se aplican ocasionalmente. Se utilizan varillas de relleno de composición adecuada. Las uniones presentan una excelente resistencia. Es esencial un tratamiento térmico adecuado antes y después de la soldadura para evitar el agrietamiento.

Soldadura: La soldadura al vacío ofrece la mejor combinación de fuerza y resistencia a la temperatura. Se utilizan varias aleaciones de plata para soldadura fuerte a 1038-1093°C (1900-2000°F). Es fundamental controlar las holguras, los fundentes y la atmósfera.

Tabla 13: Recomendaciones de adhesión

Tratamientos posteriores

El tratamiento térmico por disolución y el endurecimiento por envejecimiento se utilizan para desarrollar unas propiedades óptimas:

Solución Tratamiento - Realizado a 1149-1260°C (2100-2300°F) seguido de enfriamiento al aire o al agua. Permite el posterior endurecimiento por envejecimiento.

Endurecimiento por envejecimiento - Envejecer a 1325-1425°F (± 25°F) durante 10-50 horas seguido de enfriamiento al aire. Alcanza el endurecimiento por precipitación para obtener los máximos niveles de resistencia.

El tratamiento de estabilización opcional implica 850-1200 °F durante 1-16 horas para estabilizar contra futuros cambios de propiedad.

Cuadro 14: Especificaciones de postprocesado

Producción de polvo

El polvo de aleación de níquel X750 se produce comercialmente mediante métodos de atomización con gas y atomización con agua. La distribución del tamaño de las partículas se controla rigurosamente mediante boquillas especializadas y tamizado calibrado. Se utiliza gas inerte de alta pureza para evitar la contaminación.

Cuadro 15: Métodos de producción de polvo

Tanto los polvos atomizados con gas como los atomizados con agua presentan una morfología esférica de las partículas ideal para la fabricación aditiva, el moldeo por inyección de metales y otras aplicaciones pulvimetalúrgicas.

Datos de diseño

A continuación se resumen los principales parámetros de diseño de la aleación de níquel X750 para su consulta durante las actividades de ingeniería y diseño de componentes:

Cuadro 16: Parámetros de los datos de diseño de la aleación de níquel X750

Condiciones de carga estructural

Para cálculos de ingeniería estructural a temperaturas extremas, utilice:

• Límite elástico de tracción: 140-190 ksi
• Límite elástico de compresión: 170-220 ksi
• Relación modular, E (aleación X750)/E (acero): 1.0

A temperatura ambiente hasta 500°F - Se espera una velocidad de corrosión moderada de menos de 0,002 pulg./año.

Hasta 1900°F - Excelente resistencia a la corrosión en caliente y a la oxidación. Utiliza la constante de velocidad parabólica kp = 3,4 x 10-8 mg2/cm4/s.

Resistencia a la fluencia y a la fatiga

La aleación X750 demuestra una excelente resistencia a la fluencia. Resistencia a la rotura superior a 80 ksi durante 100.000 horas a 980°C (1300°F).

Para condiciones de fatiga cíclica, utilizar:

• Resistencia a la fatiga (106 ciclos) de 95-100 ksi
• Factor de reducción de 1,0 para el acabado superficial mecanizado en lugar del acabado tal como se fabrica.

El entorno tiene un pequeño efecto sobre la resistencia a la fatiga. Utilice un factor de reducción de la fatiga = 0,95 para el ambiente aéreo.

Mecanizado de aleación de níquel X750

La aleación de níquel X750 presenta una excelente maquinabilidad en estado recocido y puede mecanizarse con la mayoría de los métodos y herramientas estándar de taller.

Se recomiendan rompevirutas para un control eficaz de las virutas. Se necesitan configuraciones rígidas para minimizar las vibraciones. Las herramientas de corte de desprendimiento positivo con aristas de corte afiladas proporcionan la máxima vida útil.

La baja conductividad térmica conduce a la concentración de calor, por lo que debe utilizarse abundante refrigerante.

Tabla 17: Métodos de mecanizado

Transformación y fabricación

El polvo de aleación de níquel X750 puede transformarse en piezas mediante diversos métodos:

Fabricación aditiva

La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, utiliza el polvo de aleación de níquel como materia prima para construir componentes capa a capa. Algunas técnicas de AM adecuadas para X750 son:

Sinterización directa de metales por láser (DMLS)

• El polvo se funde selectivamente mediante un láser de alta potencia
• Produce piezas totalmente densas con microestructura fina
• Excelente precisión dimensional y acabado superficial
• Posibilidad de geometrías complejas

Fusión por haz de electrones (EBM)

• El polvo se funde mediante un haz de electrones en el vacío
• Alcanza una densidad casi total con una buena resistencia
• Menor acabado superficial en comparación con los procesos láser
• Velocidad de fabricación rápida gracias a la mayor potencia del haz

Chorro aglomerante

• Agente adhesivo líquido depositado selectivamente para unir partículas de polvo
• Proceso rentable de alta productividad
• Requiere un tratamiento posterior como la sinterización y la infiltración
• Posibilidad de piezas más grandes con una buena libertad geométrica

Spray frío

• Partículas de polvo aceleradas a velocidades supersónicas e impactadas contra un sustrato
• La energía cinética une las partículas a la superficie
• Se pueden crear revestimientos gruesos y formas libres
• El calentamiento mínimo preserva las propiedades del material base

Cuadro 11: Procesos de fabricación aditiva para la aleación de níquel X750

Pueden optimizarse parámetros como la potencia del láser, el tamaño del haz, la separación entre escotillas y la estrategia de escaneado para controlar la densidad de la pieza, la calidad de la superficie, la microestructura y el rendimiento mecánico.

Pueden aplicarse tratamientos térmicos posteriores, como el prensado isostático en caliente (HIP) y el envejecimiento, para mejorar aún más la densificación y las propiedades del material.

Fundición

La aleación X750 también puede fundirse por inducción y moldearse en lingotes, tochos y barras mediante procesos como:

• Fusión por inducción en vacío
• Refusión por electroescoria
• Fundición a la cera perdida

Los productos de fundición sirven de materia prima para posteriores operaciones de descomposición como la forja, el laminado y la extrusión. También pueden mecanizarse directamente en componentes de forma neta.

Tratamiento de la deformación

Pueden aplicarse varias técnicas de deformación a las materias primas de aleación de níquel fundido:

Forja

• Prensado o martilleo de lingotes fundidos entre matrices
• Mejora la resistencia mediante el flujo de grano y el endurecimiento por deformación
• Se pueden conseguir formas de red cercanas

Rodando

• Compresión y reducción del grosor entre rodillos
• Produce hojas, tiras y planchas
• Controla la estructura del grano y mejora las propiedades

Extrusión

• Forzar a través de una abertura del troquel
• Forma secciones largas con sección transversal fija
• Producto denso con granos finos uniformes

Dibujo

• Tirar a través de una matriz utilizando la fuerza de tracción
• Reduce la sección transversal de barras, tubos o alambres
• Mayor resistencia y dureza

La aleación se recuece periódicamente durante el trabajo para restaurar la ductilidad y evitar las grietas. A continuación se somete a un tratamiento térmico final y a un envejecimiento para conseguir las características deseadas.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué es la aleación de níquel X750?

R: El X750 es una aleación de níquel-cromo endurecible por precipitación con una excelente resistencia hasta 700 °C (1300 °F), una extraordinaria resistencia a la corrosión y a la oxidación y buenas características de fabricación.

P: ¿Cuáles son las aplicaciones típicas del X750?

R: Componentes de turbinas de gas, piezas de turbocompresores, elementos de combustible nuclear, equipos de procesamiento químico, recipientes de procesamiento de alimentos: cualquier lugar que necesite capacidad a altas temperaturas en entornos difíciles.

P: ¿Es soldable la aleación de níquel X750?

R: Sí, el X750 tiene una buena soldabilidad para una aleación de alta resistencia endurecida por precipitación. La soldadura por arco de gas tungsteno y por arco metálico con gas puede producir soldaduras sólidas. Tras la soldadura se suele emplear un tratamiento térmico de alivio de tensiones.

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