Resumen De Superaleaciones

Introducción

El termino superaleaciones se refiere a aleaciones que son superiores en resistencia a la temperatura y corrosión y mantienen sus propiedades incluso a elevadas temperaturas. Así, las superaleaciones son sinónimos de “aleaciones de alta temperatura”. Tradicionalmente las aleaciones son clasificadas en 3 tipos de acuerdo al elemento base: aleaciones base Hierro, aleaciones base níquel y aleaciones base cobalto. Ahora, sin embargo, en un sentido más general, son aleaciones que tienen la capacidad de preservar sus estabilidades mecánicas, físicas y químicas ah altas temperaturas y en entornos altamente corrosivos. A temperatura ambiente, sin embargo, las propiedades mecánicas de las superaleaciones son similares a las del acero, que son mucho más baratas y fáciles de producir. Sin embargo, las superaleaciones destacan sobre otras aleaciones metálicas por su alta resistencia a la corrosión incluso en este rango de temperatura, haciéndolas candidatas ideales para uso en ambientes altamente corrosivos tales como plataformas petroleras.

La producción de superaleaciones es cara. Las superaleaciones independientemente del área de aplicación son a elevadas temperaturas a pesar de sorprendentes propiedades a temperatura ambiente. A altas temperaturas las superaleaciones son únicas con sus propiedades mecánicas y químicas. El gran salto de avance para las superaleaciones fue resultado de un intenso esfuerzo desarrollar partes de turbinas en sección de gas caliente que cumplieran con las necesidades de aeronaves militares. Hoy las turbinas de gas de aeronaves militares y civiles juegan un rol importante en el desarrollo de superaleaciones. Las turbinas de gas para aviación toman arriba del ¾ de todas las aplicaciones de superaleaciones, mientras el otro ¼ son para generadores de poder de turbinas de gas. Industria química, industria médica, equipo petroquímico, naves espaciales, motores de cuetes, reactores nucleares, submarinos, hornos industriales de alta temperatura, y otras varias aplicaciones que necesitan altas temperatura y/o resistencia química.

Hoy, la estrategia del sector energético juega un rol aún más crítico que antes por el escandaloso precio de combustible. El calentamiento global y el incremento en la contaminación ambiental necesitan el uso eficiente de productos del petróleo. La autorización bajo consumo de combustible y escape de emisiones de aviación y gas de turbinas industriales es claramente primordial. Estas dictan la clave de la colocación y dirección de nuevos desarrollos de todas las superaleaciones.

Tipos de superaleaciones

Como en otros materiales de ingeniería, la selección de superaleaciones va junto con algunos factores tales como condiciones de aplicación, facilidad de producción, precio, entre otros. El gran rango de variación en condiciones de servicio es causa de desarrollo de aleaciones con propiedades muy diferentes.

La eficiencia de las turbinas de gas depende en TIT. Por lo tanto alto TIT demanda mejorar en diseño en algunos parámetros críticos que reducen el consumo de combustible, reducir extensión, reducir salida de emisión, reducir capacidad de carga, y otras. Así, el diseño de turbina de gas apunta sucesivamente a altos TIT; y diseñadores de aleaciones tienen que diseñar nuevas aleaciones de alta resistencia de temperatura. La típica relación entre TIT y consumo de combustible se muestra en la figura 1.2.

Fuerza y mecanismos de fortalecimiento de superaleaciones.

La fuerza requerida de superaleaciones es considerablemente diferente a las aleaciones convencionales de ingeniería. Las fuerzas de las aleaciones metálicas convencionales usualmente implican fuerza de tensión, fuerza de cedencia, dureza y ductilidad. Los requerimientos para la fuerza independiente de las superaleaciones son definidas por:

• Propiedades de tensión: para superaleaciones, las propiedades de tensión son siempre mencionadas con respecto a la temperatura. Relacionando propiedades incluyendo fuerza de cedencia y fuerza de tensión, ductilidad y elasticidad (rigidez). Una de las formas especiales de propiedad de tensión de las superaleaciones es la fuerza de ruptura por stress (fuerza de ruptura por arrastre), o la falla de componentes bajo carga estática a temperaturas elevadas y en un entorno específico.

• Resistencia a la fluencia: Fluencia es una deformación plástica permanente bajo tiempo a alta temperatura y cargas normales y bajo punto de cedencia. La fluencia puede dañar e ir completamente a la separación y su efecto perjudicial es irreversible. Bajo estrés y alta temperatura, partes de la turbina de gas tales como discos, tornillos y aspas son sujetos a daños por fluencia, por lo tanto resistencia a la fluencia es un parámetro crítico para los diseñadores de turbinas. 3 parámetros son necesarios para que ocurra el daño por fluencia: tiempo, temperatura y estrés. Baja difusión de elementos mejora la resistencia a la fluencia en las superaleaciones. El daño por fluencia generalmente ocurre en los límites de grano especialmente en puntos triples. Así, las propiedades de los límites de granos son muy importantes.

• Resistencia a la fatiga: la fatiga es otra importante tipo de falla causando propagación de grietas o completamente una ruptura de componentes bajo tensión cíclica debajo de la resistencia final.

• Resistencia a la corrosión: la resistencia a la corrosión refleja una característica de los materiales a resistir degradación química en ambientes específicamente corrosivos. La corrosión se vuelve un fenómeno complejo en las superaleaciones. Muchos mecanismos de falla relacionados con la corrosión existen en las superaleaciones, incluyendo agrietamiento por tensión bajo corrosión (SCC), oxidación intergranular (IGO), ataque intergranular (AIG), oxidación a altas temperaturas, oxidación en límite de grano por tensión (SAGBO), etc.

La resistencia contra estos mecanismos depende de la química de la aleación, diseño microestructural, y tratamiento térmico, y técnica de producción. Todo esto afecta la resistencia de las aleaciones y requiere un cuidadoso equilibrio entre propiedades y condiciones de aplicación para una aleación particular. Todo lo anterior, los principales factores que limitan la resistencia de una superaleación son la fusión incipiente y la disolución de las fases útiles bajo la temperatura de servicio. Hay 3 principales mecanismos de endurecimiento de las superaleaciones: endurecimiento por solución sólida, endurecimiento por precipitación de compuestos intermetálicos, y precipitación de carburos. Además de estos mecanismos, el control de la orientación del cristal,

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