Aleación de níquel 718 Polvo

El polvo de aleación de níquel 718, también conocido como polvo de Inconel 718, es un polvo de aleación de níquel-cromo de alta resistencia a la corrosión. Se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, de petróleo y gas, de automoción y otras aplicaciones de alta temperatura debido a sus excelentes propiedades mecánicas y su resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas.

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Índice

Visión general

El polvo de aleación de níquel 718, también conocido como polvo de Inconel 718, es un polvo de aleación de níquel-cromo de alta resistencia a la corrosión. Se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, de petróleo y gas, de automoción y otras aplicaciones de alta temperatura debido a sus excelentes propiedades mecánicas y su resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas.

Algunas características clave del polvo de aleación de níquel 718 son:

  • Alta resistencia y dureza hasta ~650°C
  • Excelente resistencia a la corrosión
  • Excelente resistencia a la fluencia y a la fatiga
  • Buena soldabilidad y mecanizabilidad
  • Gran resistencia al impacto y tenacidad
  • Puede procesarse térmicamente para obtener propiedades óptimas

El polvo de la aleación de níquel 718 se utiliza sobre todo en técnicas de fabricación aditiva como la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM) y la inyección de aglutinante para fabricar geometrías complejas. Otras aplicaciones son el moldeo por inyección de metal (MIM) y la pulverización térmica o en frío.

Composición

La composición química típica del polvo de aleación de níquel 718 es:

ElementoPeso %
Níquel (Ni)50 – 55
Cromo (Cr)17 – 21
Hierro (Fe)Saldo
Niobio (Nb)4.75 – 5.5
Molibdeno (Mo)2.8 – 3.3
Titanio (Ti)0.65 – 1.15
Aluminio (Al)0.2 – 0.8
Cobalto (Co)≤ 1
Cobre (Cu)≤ 0.3
Manganeso (Mn)≤ 0.35
Silicio (Si)≤ 0.35
Fósforo (P)≤ 0.015
Azufre (S)≤ 0.015
Boro (B)≤ 0.006
Carbono (C)≤ 0.08

Los elementos de aleación clave, como Ni, Cr, Nb y Mo, contribuyen a la alta resistencia mediante mecanismos de endurecimiento por precipitación y fortalecimiento por solución sólida. El hierro es el principal metal base junto con el níquel. Las pequeñas adiciones de Al y Ti ayudan a controlar la estructura del grano. Los oligoelementos están restringidos para evitar efectos perjudiciales.

Propiedades

El polvo de la aleación de níquel 718 ofrece una combinación única de propiedades excepcionales, por lo que es adecuado para piezas de alto rendimiento en todos los sectores:

PropiedadDescripción
FuerzaResistencia a la tracción de 1.300 MPa en estado recocido. Puede alcanzar más de 1.500 MPa tras el tratamiento térmico de endurecimiento por envejecimiento.
Durezadureza superior a 470 HB
Densidad8,19 g/cm3
Punto de fusión1,260-1,336°C
Conductividad térmica~11 W/m-K
Resistividad eléctrica~125 μΩ-cm
Expansión térmica~13 μm/m-°C
Módulo elástico~205 GPa
AlargamientoMás de 12%
Fuerza de impactoHasta 100 J a temperatura ambiente
Resistencia a la fatigaMuy alta resistencia a la fatiga y a la fluencia
Resistencia a la oxidaciónResiste la oxidación hasta 700°C
Resistencia a la corrosiónExcelente resistencia a la SCC y otras formas de corrosión acuosa
SoldabilidadBuena soldabilidad
MaquinabilidadMejor maquinabilidad que la aleación de níquel 718 normal

La alta resistencia se mantiene a más de 650°C junto con una buena ductilidad y tenacidad. Su resistencia a la fluencia, la fatiga y el crecimiento de grietas es muy superior a la de los aceros inoxidables. Su excelente resistencia a la corrosión permite aplicaciones en entornos difíciles. Estas propiedades bien equilibradas hacen que la aleación de níquel 718 sea adecuada para componentes críticos.

Características

Algunas características únicas del polvo de aleación de níquel 718 son:

  • Edad o endurecimiento por precipitación - Desarrolla resistencia con el tiempo cuando se trata térmicamente mediante la precipitación de fases intermetálicas Ni3(Al,Ti) gamma prime y tetragonal Ni3Nb gamma double prime centradas en el cuerpo.
  • Fortalecimiento de la solución sólida - Elementos de aleación como el Mo y el Cr se disuelven en la matriz de níquel-hierro aumentando la resistencia básica.
  • Tratable térmicamente - Recocido por disolución y endurecido por precipitación para adaptar las propiedades a las necesidades de la aplicación.
  • Produce una cascarilla de óxido estable y tenaz que proporciona resistencia a la corrosión
  • Resistencia criogénica - Mantiene la ductilidad y tenacidad a temperaturas extremas bajo cero
  • Microestructura de grano fino fácil de conseguir mediante procesos de AM por fusión de lecho de polvo
  • HIP'ability - El prensado isostático en caliente puede eliminar la porosidad interna de las piezas AM
  • Buena procesabilidad de la fabricación aditiva con potencias de láser moderadas

Especificaciones

El polvo de aleación de níquel 718 está disponible en varias distribuciones de tamaño clasificadas en diferentes categorías:

Tamaños

CategoríaGama de tamaños (μm)
Grado fino15-45
Grado extrafino10-22
Grado submicrónico0.5-15

Distribución por tamaños

Distribuciones de tamaño típicas de los procesos AM:

Distribución por tamañosD10 (μm)D50 (μm)D90 (μm)
15-45 μm203540
10-22 μm121822

Pureza química

GradoPureza
Estándar≥ 99,9%
Alta pureza≥ 99,95%
Pureza ultra alta≥ 99,99%

Normas

Las composiciones de polvo de la aleación de níquel 718 están normalizadas según:

  • ASTM B637
  • AMS 5596G
  • AMS 5662M

No obstante, también existen composiciones personalizadas adaptadas a la AM.

Aplicaciones

El polvo de aleación de níquel 718 se utiliza en todos los sectores para fabricar componentes críticos mediante AM u otras rutas de proceso pulvimetalúrgico:

Industria

Aplicación
AeroespacialÁlabes de turbina, discos, ejes, engranajes, carcasas, soportes estructurales
Petróleo y gasComponentes de boca de pozo, herramientas de fondo de pozo, válvulas, bombas
AutomociónPiezas del turbocompresor, componentes del motor
MédicoImplantes ortopédicos, prótesis
DefensaComponentes de misiles, piezas de sistemas de rotor
Generación de energíaPiezas de la sección caliente de turbinas de gas y vapor
Procesado químicoIntercambiadores de calor, recipientes de reacción

Componentes

Componente
Ruedas turboalimentadas
Camisas de combustión
Anillos de estanqueidad
Tubos de intercambiador de calor
Cuerpos de válvulas
Recubrimientos por pulverización térmica

La excelente resistencia y resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas lo convierten en un material idóneo para la fabricación de componentes estructurales de sección en caliente. La resistencia a la fluencia permite un rendimiento de carga sostenido. La aleación de níquel 718 también se utiliza en aplicaciones criogénicas gracias a su ductilidad a bajas temperaturas.

Proveedores

Los principales fabricantes suministran polvo de aleación de níquel 718 adecuado para procesos AM y de proyección térmica:

Proveedores

EmpresaMarcasMétodos de producción
SandvikOsprey® 718Atomización de gases
PraxairTRU 718Atomización de gases
Aditivo para carpinterosCR 718Atomización de gases
ErasteelEZ 718Atomización de gases
AP&CPulNi 718Atomización de gases
Soluciones SLMIN718Atomización de gases
Tecnología LPWLP18Ni700Atomización de gases

Precios

Gama de tamaños (μm)Precios (USD/kg)
15-4590-130
10-22110-160

Los precios varían de un proveedor a otro en función del volumen del pedido, la cantidad de polvo, la caracterización adicional del polvo y los niveles de pureza.

Cómo elegir correctamente la aleación de níquel 718 en polvo

Seleccionar el tipo de polvo de aleación de níquel 718 adecuado es fundamental para obtener componentes AM de alta calidad. He aquí algunas consideraciones clave:

Tamaños

  • La regla general es que lo más fino es mejor para la resolución y el acabado superficial.
  • Pero demasiado fino provoca una mala circulación del polvo y pérdidas por dispersión
  • 15-45 μm es el equilibrio óptimo para la mayoría de los procesos de AM

Distribución por tamaños

  • Distribuciones más ajustadas como Dv90 < 10 μm mejoran la densidad
  • Pero el alcance permite una buena densidad de empaquetado

Esfericidad y morfología

  • Polvo muy esférico y suave que fluye bien, se empaqueta densamente y se extiende uniformemente
  • Las partículas irregulares pueden afectar negativamente a las propiedades del material

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

ProcesoDescripción
Chorro aglomeranteEl agente adhesivo líquido une selectivamente las partículas de polvo.
Deposición de energía dirigidaLa energía térmica focalizada funde el polvo para la deposición capa a capa
Fusión por haz de electronesEl haz de electrones de alta potencia fusiona selectivamente el lecho de polvo
Fusión de lecho de polvo láserEl escaneado láser funde y consolida las capas de polvo
Moldeo por inyección de metalesAglutina el polvo con polímero y, a continuación, lo desliga y sinteriza

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:

IndustriaComponentesBeneficios
AeroespacialÁlabes de turbina, toberas de coheteCanales de refrigeración complejos, formas aerodinámicas
Petróleo y gasAnillos de estanqueidad, cuerpos de bomba, válvulasRefrigeración conformada, reduce el número de piezas
AutomociónRuedas turboalimentadasMasa reducida por estructuras reticulares
Generación de energíaComponentes de la ruta del gas calientePlazos de entrega cortos para piezas obsoletas
Procesado químicoAccesorios para tuberías, recipientes de reacciónResistencia superior a la corrosión

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.

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