Aleación de níquel 718 Polvo

Composición química

• Se adhieren a la composición estándar ASTM para un rendimiento probado de la aleación
• Garantizar un bajo nivel de oxígeno y nitrógeno para evitar la porosidad y la debilidad
• La elevada pureza del polvo reduce las partículas perjudiciales de la segunda fase
• Composiciones personalizadas disponibles para mejorar la procesabilidad AM

Microestructura

• La atomización con gas produce una estructura de grano fino esencial para las propiedades mecánicas
• La falta de texturizado confiere resistencia isotrópica
• La contaminación y los satélites pueden sembrar defectos

Características del polvo

• Su buena fluidez y untabilidad facilitan el procesado AM
• La densidad aparente afecta directamente a la densidad final de la pieza
• Analizar todas las características según las normas ASTM y MPIF

Cómo procesar la aleación de níquel 718 en polvo

El polvo de la aleación de níquel 718 puede procesarse mediante múltiples técnicas de AM, así como mediante operaciones secundarias:

Fabricación aditiva

Procesos populares de AM

Todas las técnicas producen piezas de forma casi neta que necesitan algún tratamiento posterior. La inyección de aglutinante requiere infiltración para consolidar los compactos verdes, mientras que la fusión en lecho de polvo produce componentes de alta densidad. Todas las opciones permiten libertad geométrica y personalización.

Parámetros de buenas prácticas

Para fusión en lecho de polvo por láser con aleación de níquel 718:

• Potencia del láser: 195-250 W
• Velocidad de escaneado: 700-850 mm/s
• Distancia entre escotillas: 0,09-0,12 mm
• Grosor de la capa: 20-50 μm

Utilice el prensado isostático en caliente para eliminar la porosidad residual y mejorar las propiedades del material.

Tratamiento térmico

Procedimiento típico de tratamiento térmico:

1. Prensado isostático en caliente
   • 1.160°C, 100 a 150 MPa, 4 horas
2. Recocido en solución
   • 980°C, mantener 1 hora, templar con argón
3. Endurecimiento por envejecimiento
   • 720°C, 8 horas, enfriamiento del horno a 620°C
   • 620°C, 8 horas, enfriamiento al aire

De este modo se consigue una microestructura uniforme de doble imprimación gamma y se logra una resistencia óptima mediante el endurecimiento por precipitación. El tratamiento térmico por disolución disuelve los intermetálicos ricos en Nb/Ti, mientras que el envejecimiento los precipita de forma homogénea.

Acabado superficial

La rugosidad de la superficie en bruto es de 15-20 μm Ra, dependiendo de los parámetros del proceso. Diversas operaciones de acabado permiten obtener superficies lisas:

• Mecanizado CNC
• Acabado vibratorio
• Grabado químico
• Electropulido
• Granallado

La mayoría de los componentes AM de aleación de níquel 718 se mecanizan con precisión dimensional y el acabado superficial deseado.

Aplicaciones de las piezas de aleación de níquel 718 de fabricación aditiva

La AM permite consolidar múltiples componentes y geometrías optimizadas utilizando la aleación de níquel 718:

Las estructuras reticuladas más ligeras reducen la masa de los componentes. Los canales de refrigeración conformados en las herramientas de sección caliente aumentan la eficacia. Las formas de topología optimizada reducen las pérdidas fluidodinámicas. Todo ello reduce los costes del ciclo de vida en términos de materias primas, consumo de energía y mantenimiento.

Al mismo tiempo, el chorro de aglutinante y la deposición de energía dirigida permiten el mecanizado rápido, la creación de prototipos y la producción de series cortas directamente en la aleación de níquel 718.

Ventajas e inconvenientes de la aleación de níquel 718 en polvo

Pros

• Resistencia y dureza extremadamente altas mantenidas hasta ~650°C
• Excelente resistencia a la fluencia, la fatiga, la fractura y la corrosión
• Mantiene la resistencia y la ductilidad a temperaturas criogénicas
• Propiedades mecánicas casi isótropas
• Aleación probada con polvo de materia prima fácilmente disponible
• Ventaja económica sobre las superaleaciones de Ni difíciles de mecanizar
• Personalización y flexibilidad de diseño mediante AM
• Consolidar componentes y estructuras ligeras

Contras

• Menor potencial de prensado isostático en caliente frente a la aleación 718 de fundición
• Sigue siendo propenso al agrietamiento por solidificación en AM
• Requiere tratamiento térmico para obtener propiedades óptimas
• Resistencia inferior a la de algunas superaleaciones de Ni
• Sensible a los defectos de fabricación típicos de los procesos de AM metálica
• El polvo es relativamente caro en comparación con el acero inoxidable

Una optimización adecuada de los parámetros y un riguroso control de calidad durante la fabricación de los componentes de AM son esenciales para aprovechar al máximo las capacidades de este material de alto rendimiento.

Perspectivas futuras de la aleación de níquel 718 en polvo

La aleación de níquel 718 se seguirá utilizando cada vez más en la industria aeroespacial, las turbinas de gas, las herramientas y otras aplicaciones exigentes:

• Los nuevos motores de aviación tienen más de 40% de contenido AM, lo que supone un importante ahorro de costes gracias a la reducción de peso, la mejora de la eficiencia y la consolidación de piezas.
• El descenso de los precios de la maquinaria de AM y la mayor cualificación de los materiales impulsarán su adopción
• Se están desarrollando aleaciones personalizadas de alta resistencia para superar los límites.
• Se están evaluando nuevos tratamientos térmicos para obtener el máximo endurecimiento por precipitación junto con el HIP
• La fabricación híbrida que combina AM, mecanizado y revestimiento permitirá grandes volúmenes
• Una mayor normalización de los parámetros del proceso de AM, las especificaciones del polvo y los protocolos de cualificación de piezas facilitará el crecimiento.

Con métodos pulvimetalúrgicos como la AM, la aleación de níquel 718 seguirá satisfaciendo las necesidades de componentes especializados en los que las prestaciones superan los costes de procesamiento.

Preguntas frecuentes

Q. ¿Por qué se prefiere la aleación de níquel 718 a los aceros inoxidables para aplicaciones de alta temperatura?

A. La aleación de níquel 718 mantiene una resistencia mucho mayor, dureza y resistencia a la corrosión a temperaturas superiores a 650°C en comparación con los aceros inoxidables. También ofrece una resistencia a la rotura por fluencia notablemente superior, lo que permite soportar cargas estáticas a altas temperaturas.

Q. ¿Qué rango de tamaño de partícula es óptimo para la AM utilizando polvo de aleación de níquel 718?

A. Un rango de tamaño de partícula de 15-45 micras equilibra muy bien la resolución, el acabado superficial, la fluidez del polvo y la densidad de empaquetamiento. Los polvos más finos de menos de 10 micras pueden ser más difíciles de procesar.

Q. ¿Requiere el polvo de aleación de níquel 718 un prensado isostático en caliente después de la fabricación aditiva?

A. El prensado isostático en caliente (HIP) elimina los huecos internos y la porosidad en los componentes de aleación de níquel 718 AM. Esto permite alcanzar una densidad cercana a 100% y propiedades isotrópicas del material. El HIP se recomienda pero no es obligatorio antes del tratamiento térmico.

Q. ¿Por qué se prefiere la aleación de níquel 718 para aplicaciones criogénicas frente a otras aleaciones?

A. A diferencia de otras aleaciones de alta resistencia, la aleación de níquel 718 conserva una ductilidad y tenacidad apreciables a temperaturas criogénicas bajo cero, al tiempo que mantiene su resistencia. Esto la hace adecuada para aplicaciones de almacenamiento y transporte de gas licuado.

Q. ¿La aleación de níquel 718 en polvo tiene mejor resistencia a la corrosión que la aleación 718 forjada?

A. Tanto la aleación 718 en polvo como la forjada ofrecen una excelente resistencia a la corrosión en diversos medios. La AM basada en polvo permite fabricar componentes con geometrías complejas optimizadas, mejorando aún más la resistencia a la corrosión.