Hangzhou Haidi Supply Gh36 Acero Aleado de Alta Temperatura Correspondiente a la Marca

 

 

Según las teorías existentes, los materiales de alta temperatura a 760℃ se pueden clasificar principalmente por sus elementos base en superaleaciones a base de hierro, superaleaciones a base de níquel y superaleaciones a base de cobalto. Por proceso de fabricación, se pueden dividir en superaleaciones forjadas, superaleaciones fundidas y superaleaciones de metalurgia de polvos. Por mecanismo de fortalecimiento, existen de tipo fortalecimiento por solución sólida, de tipo fortalecimiento por precipitación, de tipo fortalecido por dispersión de óxidos y de tipo reforzado con fibra, entre otros. Las superaleaciones se utilizan principalmente para fabricar componentes de alta temperatura como álabes de turbina, álabes directores, discos de turbina, discos de compresor de alta presión y cámaras de combustión para turbinas de gas de aviación, navales e industriales. También se utilizan para fabricar dispositivos de conversión de energía como vehículos aeroespaciales, motores de cohetes, reactores nucleares, equipos petroquímicos y equipos de conversión de carbón.

Materiales de Alta Temperatura de 1200℃ y 150Los materiales de alta temperatura de 0℃ no se utilizan actualmente en China.

 

El proceso de desarrollo de materiales de alta temperatura a 760℃ comenzó con la investigación en superaleaciones en países como el Reino Unido, Alemania y EE. UU. desde finales de la década de 1930. Durante la Segunda Guerra Mundial, la investigación y el uso de superaleaciones entraron en un período de vigoroso desarrollo para satisfacer las necesidades de los nuevos motores de aeronaves. A principios de la década de 1940, el Reino Unido añadió una pequeña cantidad de aluminio y titanio a la aleación 80Ni-20Cr para formar la fase γ' (gamma prima) para el fortalecimiento, desarrollando una aleación a base de níquel con mayor resistencia a altas temperaturas. Durante el mismo período, EE. UU. comenzó a utilizar la aleación a base de cobalto Vitallium para fabricar álabes para adaptarse al desarrollo de turbocompresores para motores de pistón de aeronaves.

Además, Estados Unidos también desarrolló aleaciones a base de níquel Inconel para fabricar las cámaras de combustión de los motores a reacción. Más tarde, para mejorar aún más la resistencia a altas temperaturas de las aleaciones, los metalúrgicos añadieron elementos como tungsteno, molibdeno y cobalto a las aleaciones a base de níquel, y aumentaron el contenido de aluminio y titanio, desarrollando una serie de grados de aleación, como la "Nimonic" británica y la "Mar-M" e "IN" americanas. En las aleaciones a base de cobalto, se añadieron elementos como níquel y tungsteno para desarrollar varias superaleaciones de alta temperatura, como X-45, HA-188 y FSX-414. Debido a la escasez de recursos de cobalto, el desarrollo de superaleaciones a base de cobalto de alta temperatura se ha visto restringido.

En la década de 1940, también se desarrollaron superaleaciones a base de hierro. Aparecieron grados como A-286 e Incoloy 901 en la década de 1950, pero debido a su pobre estabilidad a altas temperaturas, su desarrollo ha sido relativamente lento desde la década de 1960. La Unión Soviética comenzó a producir superaleaciones a base de níquel del grado "ЭИ" alrededor de 1950, y más tarde produjo superaleaciones forjadas de la serie "ЭП" y superaleaciones de fundición de la serie ЖС. China comenzó la producción de prueba de superaleaciones en 1956, formando gradualmente superaleaciones forjadas de la serie "GH" y superaleaciones de fundición de la serie "K". En la década de 1970, Estados Unidos también utilizó nuevos procesos de producción para fabricar álabes solidificados direccionalmente y discos de turbina de metalurgia de polvos, y desarrolló álabes monocristalinos y otros componentes de aleación de alta temperatura para satisfacer las necesidades de las temperaturas de entrada de turbina en continuo aumento de los motores aeronáuticos.

 

Las aleaciones deformables de alta temperatura se refieren a una clase de aleaciones que pueden someterse a procesos de deformación en caliente y en frío, tienen un rango de temperatura de trabajo de -253 a 1320 °C, poseen buenas propiedades mecánicas e indicadores integrales de resistencia y tenacidad, y exhiben alta resistencia a la oxidación y la corrosión. Según su proceso de tratamiento térmico, se pueden dividir en aleaciones endurecidas por solución sólida y aleaciones endurecidas por precipitación. Los números que siguen a GH representan el número de clasificación, a saber: 1. Aleaciones a base de hierro endurecidas por solución sólida, 2. Aleaciones a base de hierro endurecidas por precipitación, 3. Aleaciones a base de níquel endurecidas por solución sólida, 4. Aleaciones a base de cobalto. Los segundos, terceros y cuartos dígitos después de GH representan el número de serie.

1. Aleación de endurecimiento por solución sólida

El rango de temperatura de operación es 900～1300℃, y la resistencia a la oxidación a alta temperatura alcanza los 1320℃. Por ejemplo, la aleación GH128 tiene una resistencia a la tracción de 850 MPa y una resistencia a la fluencia de 350 MPa a temperatura ambiente; a 1000℃, su resistencia a la tracción es de 140 MPa y su elongación es del 85%. La vida útil a fluencia a 1000℃ bajo una tensión de 30 MPa es de 200 horas con una elongación del 40%. Las aleaciones de solución sólida se utilizan generalmente para fabricar componentes como cámaras de combustión y carcasas para motores de aviación y aeroespaciales.

2、Aleaciones de endurecimiento por envejecimiento

El rango de temperatura de operación es de -253～950℃, y generalmente se usa para fabricar componentes estructurales como discos y álabes de turbina para motores aeroespaciales. La temperatura de trabajo de la aleación utilizada para los discos de turbina es de -253～700℃, lo que requiere una buena resistencia a altas y bajas temperaturas y resistencia a la fatiga. Por ejemplo: la aleación GH4169 tiene una alta resistencia a la fluencia de 1000 MPa a 650℃; la temperatura de la aleación para fabricar álabes puede alcanzar los 950℃, por ejemplo: la aleación GH220 tiene una resistencia a la tracción de 490 MPa a 950℃, y una vida útil a fluencia de más de 40 horas a 940℃ y 200 MPa.

Las superaleaciones se utilizan principalmente para proporcionar forjas estructurales, discos, anillos, barras, placas, tubos, tiras y alambres para las industrias aeroespacial, de aviación, de energía nuclear y petroquímica civil.

Las aleaciones de alta temperatura para fundición se refieren a una clase de aleaciones de alta temperatura que pueden o solo pueden formarse en piezas mediante fundición. Sus características principales son:

1. Con una gama más amplia de composiciones, ya que no es necesario considerar su deformabilidad y procesabilidad, el diseño de la aleación puede centrarse en optimizar su rendimiento en servicio. Por ejemplo, en el caso de las superaleaciones a base de níquel, el contenido de γ' se puede aumentar al 60% o más ajustando la composición, de modo que la aleación aún pueda mantener un rendimiento excelente a temperaturas de hasta el 85% del punto de fusión de la aleación.

2. Tiene una gama más amplia de aplicaciones Debido a las ventajas especiales del método de fundición, se pueden diseñar y fabricar fundiciones de aleación a alta temperatura con estructuras y formas complejas arbitrarias con forma cercana a la neta o sin sobremedida según las necesidades de aplicación de la pieza.

Según la temperatura de operación de la aleación de fundición, se pueden dividir en las siguientes tres categorías:

Categoría: Aleaciones de Alta Temperatura para Fundición de Cristal Isótropo Utilizadas en el Rango de Temperatura de -253～650℃. Estas aleaciones poseen buenas propiedades integrales en un amplio rango de temperatura, manteniendo particularmente la resistencia y la plasticidad sin disminución a bajas temperaturas. Por ejemplo, la aleación K4169, que se utiliza ampliamente en motores aeronáuticos y motores aeroespaciales, tiene una resistencia a la tracción de 1000 MPa, una resistencia a la fluencia de 850 MPa y un alargamiento a la rotura del 15% a 650°C. Su vida útil a la fluencia bajo una tensión de 620 MPa a 650°C es de 200 horas. Se ha utilizado para fabricar carcasas de difusor en motores aeronáuticos y varios componentes estructurales complejos para bombas en motores aeroespaciales.

Categoría 2: Aleaciones Equiaxiales de Alta Temperatura para Uso a 650-950℃ Estas aleaciones poseen altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión en caliente a temperaturas elevadas. Por ejemplo, la aleación K419 tiene una resistencia a la tracción superior a 700 MPa y un alargamiento a la rotura superior al 6% a 950℃. A 950℃ durante 200 horas, su resistencia a la fluencia es superior a 230 MPa. Este tipo de aleación es adecuada para su uso como álabes de turbina, álabes guía y fundiciones integrales de turbina en motores aeroespaciales.

Categoría 3: Superaleaciones de Grano Columnar Solidificado Direccionalmente y de Cristal Único utilizadas a 950-1100℃. Estas aleaciones poseen excelentes propiedades integrales, así como resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente en este rango de temperatura. Por ejemplo, la aleación de cristal único DD402 tiene una vida útil a la rotura por fluencia superior a 100 horas bajo una tensión de 130 MPa a 1100℃. Este es el material de mayor temperatura utilizado para álabes de turbina en China y es adecuado para la fabricación de álabes de turbina para nuevos motores de alto rendimiento.

Con la mejora continua de la tecnología de fundición, también surgen constantemente nuevos procesos especiales. La tecnología de fundición de grano fino, la tecnología de solidificación direccional, la tecnología CA para piezas estructurales complejas de pared delgada, etc., han mejorado enormemente el nivel de las superaleaciones de fundición y han expandido continuamente su alcance de aplicación.

Los productos hechos de polvo de aleación de alta temperatura se fabrican utilizando un proceso de producción que implica conformado por Prensado Isostático en Caliente (PIC) o conformado por PIC seguido de forjado. El proceso de metalurgia de polvos, debido a las finas partículas de polvo y las rápidas velocidades de enfriamiento, resulta en una composición uniforme sin segregación macroscópica, tamaño de grano fino, buena trabajabilidad en caliente, alta utilización del material y bajo costo. En particular, la resistencia a la fluencia y el rendimiento a la fatiga de la aleación mejoran significativamente.

La superaleación de metalurgia de polvos FGH95, su resistencia a la tracción a 650℃ es de 1500 MPa; su vida útil a la fluencia bajo una tensión de 1034 MPa es superior a 50 horas, es actualmente una superaleación de metalurgia de polvos con un alto nivel de resistencia bajo condiciones de operación de 650℃. Las superaleaciones de metalurgia de polvos pueden cumplir los requisitos de uso de motores con niveles de tensión más altos y son el material de elección para discos de turbina, discos de compresor, faldones de turbina y otros componentes de alta temperatura de motores con alta relación empuje-peso.

Aleación de Alta Temperatura Reforzada por Dispersión de Óxidos (ODS) Clase 1200℃ 100MPa

Esta es una aleación especial de alta temperatura formada mediante el proceso de aleación mecánica (MA). Fases ultrafinas (menores de 50 nm) reforzadas por dispersión de óxidos, que son altamente estables a altas temperaturas, se dispersan uniformemente dentro de la matriz de la aleación. Su resistencia de aleación aún se puede mantener en condiciones cercanas al punto de fusión de la aleación, y posee una excelente resistencia a la fluencia a alta temperatura, una resistencia superior a la oxidación a alta temperatura y resistencia a la corrosión por carbono y azufre.

Actualmente, hay tres aleaciones ODS principales que han alcanzado la producción comercial:

La aleación MA956 se puede usar a temperaturas de hasta 1350 °C en una atmósfera oxidante, clasificándose alto entre las aleaciones de alta temperatura por su resistencia a la oxidación y la corrosión por carbono y azufre. Se puede usar para el revestimiento de la cámara de combustión en motores aeronáuticos.

La aleación MA754 se puede usar a temperaturas de hasta 1250 °C en una atmósfera oxidante y mantiene una resistencia a alta temperatura relativamente alta y resistencia a la corrosión por vidrio medio-alcalino. Ahora se utiliza para fabricar anillos de cubierta de álabes directores y álabes directores para motores aeronáuticos.

La aleación MA6000 tiene una resistencia a la tracción de 222 MPa y una resistencia a la fluencia de 192 MPa a 1100 °C; a 1100 °C, la resistencia a la fluencia a 1000 horas es de 127 MPa, lo que la sitúa en la categoría de aleaciones de alta temperatura, y puede utilizarse para álabes de motores de aeronaves.

Los materiales compuestos intermetálicos de alta temperatura son una clase de materiales ligeros y de alta temperatura con importantes perspectivas de aplicación que se han investigado y desarrollado recientemente. Durante la última década, la investigación fundamental, el diseño de aleaciones, el desarrollo de procesos y la investigación de aplicaciones en compuestos intermetálicos han madurado, logrando particularmente avances notables en la tecnología de preparación y procesamiento, el endurecimiento y fortalecimiento, las propiedades mecánicas y la investigación de aplicaciones de materiales basados en Ti-Al, Ni-Al y Fe-Al.

Las aleaciones a base de Ti3Al (TAC-1), las aleaciones a base de TiAl (TAC-2) y las aleaciones a base de Ti2AlNb tienen ventajas como baja densidad (3.8～5.8g/cm3), alta resistencia a altas temperaturas, alta rigidez y excelente resistencia a la oxidación y a la fluencia, lo que puede reducir el peso de los componentes estructurales en un 35～50%. La aleación a base de Ni3Al, MX-246, tiene buena resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste y resistencia a la cavitación, mostrando perspectivas de aplicación prometedoras. Las aleaciones a base de Fe3Al tienen buena resistencia a la oxidación y a la erosión, mayor resistencia a temperaturas medias (por debajo de 600℃) y bajo costo, lo que las convierte en un nuevo material que puede reemplazar parcialmente al acero inoxidable.

En muchos campos de la industria civil, los componentes en servicio se encuentran en ambientes corrosivos de alta temperatura. Para satisfacer la demanda del mercado, se ha clasificado una serie de aleaciones de alta temperatura según sus ambientes de operación.

1、Serie de Aleaciones Maestras de Alta Temperatura

2、Placas, barras, alambres, tiras, tubos y forjas de aleación resistente a la corrosión y a altas temperaturas

3、Barras de aleación de alta resistencia, resistentes a la corrosión y a altas temperaturas, alambre para resortes, alambre de soldadura, lámina, tira, forjas

4、Serie de Productos Resistentes a la Corrosión de Vidrio

5、Serie de Aleaciones de Alta Temperatura para Resistencia a la Corrosión Ambiental y Resistencia al Desgaste a Alta Temperatura de Superficies Duras

6、Piezas Fundidas Especiales (Álabes, Turbina del Supercargador, Rotor de Turbina, Álabes Guía, Accesorios para Instrumentos)

7、Centrífuga, eje de alta temperatura y accesorios para la producción de lana de vidrio 8、Pastillas resistentes al calor de aleación a base de cobalto y rieles deslizantes para horno de calentamiento de tochos

9、 Asiento de válvula

10. Colada de banda de resistencia en forma de "U"

11、Serie de Tuberías de Fundición Centrífuga

12、Serie de Productos de Nanomateriales

13. Materiales Estructurales Ligeros de Alta Temperatura

14. Materiales Funcionales (Aleaciones de Expansión, Aleaciones de Alta Temperatura y Alta Elasticidad, Serie de Aleaciones de Elasticidad Constante)

15、Productos de la Serie de Materiales Biomédicos

16、Productos de la Serie Objetivo para Ingeniería Electrónica

17、Productos de la Serie de Boquillas de Unidad de Potencia

18、Placa Resistente al Desgaste de Aleación de Stellite

19. Rodillos de horno y tubos radiantes resistentes a la oxidación y corrosión a alta temperatura.

 

Agregar elementos con diferentes tamaños atómicos a los átomos del metal de la matriz (como cromo, tungsteno, molibdeno, etc.) causa distorsión de la red cristalina del metal de la matriz. Agregar elementos que pueden reducir la energía de apilamiento de fallas de la matriz de la aleación (como cobalto) y agregar elementos que pueden ralentizar la tasa de difusión de los elementos de la matriz (como tungsteno, molibdeno, etc.) se hace para fortalecer la matriz.

Mediante el tratamiento de envejecimiento, la segunda fase (γ', γ", carburos, etc.) se precipita de la solución sólida sobresaturada para fortalecer la aleación. La fase γ' tiene la misma estructura cristalina que la matriz, que es cúbica centrada en las caras. Su constante de red es cercana a la de la fase matriz y es coherente con el cristal. Por lo tanto, la fase γ' puede precipitarse uniformemente en la matriz en forma de partículas finas, obstaculizando el movimiento de dislocaciones y produciendo un efecto de fortalecimiento significativo. La fase γ' es un compuesto intermetálico tipo A3B, donde A representa níquel y cobalto, y B representa aluminio, titanio, niobio, tántalo, vanadio y tungsteno. El cromo, el molibdeno y el hierro pueden ser tanto A como B. Una fase γ' típica en aleaciones a base de níquel es Ni3(Al,Ti). El efecto de fortalecimiento de la fase γ' se puede mejorar a través de las siguientes vías:

① Aumentar la cantidad de fase γ';

② Asegurar que la fase γ’ y la matriz tengan un grado de desajuste adecuado para obtener el efecto de fortalecimiento por deformación coherente;

③ La adición de elementos como Nb y Ta aumenta la energía de la frontera de antifase de la fase γ' para mejorar su resistencia al corte por dislocaciones.fuerza;

④La adición de elementos como cobalto, tungsteno y molibdeno aumenta la resistencia de la fase γ'. La fase γ' tiene una estructura tetragonal centrada en el cuerpo y su composición es Ni3Nb. Debido a que el desajuste entre la fase γ' y la matriz es grande, puede causar un grado significativo de deformación coherente, otorgando a la aleación una resistencia a la fluencia muy alta. Sin embargo, por encima de los 700 °C, el efecto de fortalecimiento se reduce significativamente. Las superaleaciones a base de cobalto generalmente no contienen la fase γ', sino que se fortalecen mediante carburos.

A altas temperaturas, los límites de grano son puntos débiles en las aleaciones. La adición de cantidades traza de boro, circonio y elementos de tierras raras puede mejorar la resistencia de los límites de grano. Esto se debe a que los elementos de tierras raras pueden purificar los límites de grano, los átomos de boro y circonio pueden llenar las vacancias de los límites de grano, reducir la velocidad de difusión en los límites de grano durante la fluencia, inhibir la acumulación de carburos en los límites de grano y promover la esferoidización de las fases secundarias en los límites de grano. Adicionalmente, la adición de una cantidad apropiada de hafnio a las aleaciones de fundición también puede mejorar la resistencia y la plasticidad de los límites de grano. Además, mediante el tratamiento térmico, se pueden formar carburos distribuidos en cadena en los límites de grano o se pueden crear límites de grano curvos, mejorando así la plasticidad y la resistencia.

Utilizando metalurgia de polvos, se añaden óxidos finos que permanecen estables a altas temperaturas a la aleación y se dispersan uniformemente.estado, obteniendo así efectos de fortalecimiento significativos. Los óxidos comúnmente añadidos incluyen ThO2 y Y2O3, etc. Estos óxidos fortalecen la aleación por factores como obstaculizar el movimiento de dislocaciones y estabilizar subestructuras de dislocaciones.

 

La microestructura típica de las superaleaciones es una matriz austenítica, con carburos dispersos, compuestos intermetálicos y otras fases de endurecimiento distribuidas dentro de la matriz. Los elementos principales en las aleaciones de alta temperatura incluyen cromo, cobalto, aluminio, titanio, níquel, molibdeno, tungsteno, etc. Los elementos de aleación sirven para estabilizar la estructura de la matriz austenítica, formar fases de endurecimiento y mejorar la resistencia a la oxidación y corrosión de la aleación. Las aleaciones de alta temperatura comúnmente utilizadas se clasifican en tres tipos: a base de hierro, a base de níquel y a base de cobalto.

Las superaleaciones a base de hierro se desarrollan a partir de aceros inoxidables austeníticos y contienen ciertas cantidades de elementos como cromo y níquel. Son materiales importantes utilizados en condiciones de temperatura media (600~800℃), que poseen propiedades mecánicas moderadas a temperaturas intermedias y buena trabajabilidad en caliente. Su composición de aleación es relativamente simple y el costo es menor. Se utilizan principalmente para fabricar discos de turbina para motores aeronáuticos y turbinas de gas industriales, y también se pueden usar para fabricar álabes directores, álabes de turbina, cámaras de combustión y otros componentes sometidos a carga, sujetadores, etc. Otra aplicación es la fabricación de turbocompresores de gases de escape para motores diésel. Debido a la insuficiente estabilidad de la microestructura y la pobre resistencia a la oxidación de las aleaciones a base de hierro endurecidas por precipitación, lo que resulta en una resistencia inadecuada a alta temperatura, las aleaciones a base de hierro no se pueden usar a temperaturas más altas.

Una aleación de alta temperatura con una matriz a base de níquel (contenido generalmente superior al 50%), que posee una resistencia relativamente buena y una excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión por gases de combustión en el rango de temperatura de 650~1000℃.

Las aleaciones a base de níquel son una clase de superaleaciones ampliamente utilizada con alta resistencia a altas temperaturas. Las razones principales son: primero, las aleaciones a base de níquel pueden disolver un mayor número de elementos de aleación manteniendo una buena estabilidad; segundo, pueden formar compuestos intermetálicos ordenados coherentes de tipo A3B, como la fase γ’-[Ni(Al,Ti)], como fases de endurecimiento, fortaleciendo eficazmente la aleación y logrando una mayor resistencia a altas temperaturas que las superaleaciones a base de hierro y cobalto; tercero, las aleaciones a base de níquel con alto contenido de cromo tienen mejor resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente que las superaleaciones a base de hierro. Las aleaciones a base de níquel contienen más de diez elementos. Entre ellos, el Cr desempeña principalmente un papel en la resistencia a la oxidación y la corrosión, mientras que otros elementos contribuyen principalmente al endurecimiento. Según sus mecanismos de endurecimiento, se pueden dividir en aleaciones endurecidas por solución sólida y aleaciones endurecidas por precipitación: los elementos de endurecimiento por solución sólida incluyen tungsteno, molibdeno, cobalto, cromo, vanadio, etc.; los elementos de endurecimiento por precipitación incluyen aluminio, titanio, niobio y tántalo; los elementos de endurecimiento de límites de grano incluyen boro, zirconio, magnesio y elementos de tierras raras, etc.

Las superaleaciones a base de cobalto son aleaciones austeníticas de alta temperatura que contienen entre un 40% y un 65% de cobalto. Poseen cierta resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la corrosión en caliente y resistencia a la oxidación a temperaturas que oscilan entre 730 y 1100 °C. Se utilizan en la fabricación de álabes guía para turbinas de gas industriales y marinas, entre otras aplicaciones. El desarrollo de aleaciones a base de cobalto debe tener en cuenta la disponibilidad de los recursos de cobalto. El cobalto es un recurso estratégico importante y la mayor parte del mundo tiene escasez de cobalto, lo que limita el desarrollo de aleaciones a base de cobalto.

Las aleaciones a base de cobalto generalmente contienen 10%~22% de níquel, 20%~30% de cromo, y elementos de fortalecimiento por solución sólida y formadores de carburos como tungsteno, molibdeno, tántalo y niobio. Tienen un contenido de carbono muy alto y son una clase de aleaciones de alta temperatura donde los carburos son la fase de fortalecimiento principal. La resistencia al calor de las aleaciones a base de cobalto está relacionada con el contenido de los elementos de fortalecimiento por solución sólida y los elementos formadores de carburos.

 

Las aleaciones de alta temperatura sin o con bajo contenido de aluminio y titanio generalmente se funden utilizando hornos de arco o hornos de inducción sin vacío. Para aleaciones de alta temperatura con alto contenido de aluminio y titanio, la combustión de elementos es difícil de controlar y entran más gases e inclusiones durante la fusión en la atmósfera. Por lo tanto, se debe utilizar la fusión en vacío. Para reducir aún más el contenido de inclusiones, mejorar la distribución de las inclusiones y refinar la estructura cristalina del lingote, se puede emplear un proceso doble que combine la fusión y la refundición secundaria. Los principales medios de fusión incluyen hornos de arco, hornos de inducción por vacío y hornos de inducción sin vacío; los principales medios de refundición incluyen hornos de electrodo consumible por vacío y hornos de refinación por escoria electrofundida.

Las aleaciones de endurecimiento por solución sólida y los lingotes de aleación con bajo contenido de aluminio y titanio (la cantidad total de aluminio y titanio es inferior a aproximadamente el 4.5%) se pueden forjar en tochos. Las aleaciones con alto contenido de aluminio y titanio generalmente requieren extrusión o laminación para formar tochos, que luego se laminan en caliente en productos. Algunos productos requieren laminación en frío o trefilado en frío adicionales. Los lingotes o tochos de aleación de mayor diámetro deben forjarse utilizando prensas hidráulicas o prensas hidráulicas de forja de alta velocidad.

Las aleaciones con un alto grado de aleación y buena resistencia a la deformación se fabrican actualmente de forma generalizada mediante fundición, por ejemplo, para fundir álabes de turbina y álabes guía. Para reducir o eliminar los límites de grano perpendiculares al eje de tensión y reducir o eliminar la porosidad en las aleaciones fundidas, se han desarrollado procesos de solidificación direccional en los últimos años. Este proceso implica el crecimiento de los granos en una dirección cristalográfica durante la solidificación de la aleación para obtener cristales columnares paralelos sin límites de grano transversales. La condición principal del proceso para lograr la solidificación direccional es establecer y mantener un gradiente de temperatura axial suficientemente grande y buenas condiciones de disipación de calor axial entre las líneas de líquido y sólido. Además, para eliminar todos los límites de grano, también se requiere investigación sobre el proceso de fabricación de álabes monocristalinos.

La metalurgia de polvos se utiliza principalmente para producir superaleaciones endurecidas por precipitación y con dispersión de óxidos. Este proceso puede conferir plasticidad e incluso superplasticidad a las superaleaciones fundidas que generalmente no son deformables.

El rendimiento integral de las superaleaciones está estrechamente relacionado con su microestructura, y la microestructura se controla mediante el tratamiento térmico de metales. Las superaleaciones generalmente requieren tratamiento térmico. Las aleaciones endurecidas por precipitación se someten típicamente a un tratamiento de solución y un tratamiento de envejecimiento. Las aleaciones endurecidas por solución sólida solo se someten a un tratamiento de solución. Algunas aleaciones requieren uno o dos tratamientos intermedios antes del envejecimiento. El tratamiento de solución se realiza para disolver la segunda fase en la matriz de la aleación, de modo queEl propósito es asegurar la precipitación uniforme de fases de fortalecimiento como γ y carburos (aleaciones a base de cobalto) durante el tratamiento de envejecimiento, y en segundo lugar, obtener un tamaño de grano adecuado para garantizar el rendimiento a altas temperaturas bajo fluencia y fatiga.

La temperatura de tratamiento de solución sólida es generalmente de 1040～1220℃. Las aleaciones más utilizadas actualmente pasan por un tratamiento intermedio a 1050～1100℃ antes del tratamiento de envejecimiento. El propósito principal del tratamiento intermedio es precipitar carburos y fase γ en los límites de grano para mejorar el estado del límite de grano. Mientras tanto, algunas aleaciones también precipitan algunas partículas de fase γ más grandes, que forman una combinación razonable con la fase γ fina precipitada durante el tratamiento de envejecimiento. El propósito del tratamiento de envejecimiento es precipitar uniformemente la fase γ o los carburos (aleaciones a base de cobalto) de la solución sólida sobresaturada para mejorar la resistencia a altas temperaturas. La temperatura del tratamiento de envejecimiento es generalmente de 700～1000℃.

 

La tendencia en el desarrollo de superaleaciones es aumentar aún más la temperatura de operación de las aleaciones, mejorar su capacidad para soportar diversas cargas a temperaturas intermedias o altas y extender la vida útil de las aleaciones. En cuanto a los materiales para álabes de turbina, los álabes monocristalinos entrarán en la etapa de aplicación práctica y se mejorará el rendimiento integral de los álabes solidificados direccionalmente.

Además, es posible fabricar álabes huecos con unión por difusión multicapa utilizando polvos de aleación solidificados rápidamente, adaptándose así a la necesidad de aumentar la temperatura del gas. En cuanto a los álabes guía y los materiales de la cámara de combustión, es posible utilizar aleaciones reforzadas por dispersión de óxidos para aumentar significativamente la temperatura de operación. Para mejorar la resistencia a la corrosión y al desgaste, los materiales y procesos de recubrimiento protector para las aleaciones también serán objeto de mayor desarrollo.

 

Microestructura y Propiedades de Superaleaciones Eutécticas Solidificadas Direccionalmente de Alto Gradiente

Investigación sobre el Refinamiento de Grano y la Optimización del Rendimiento de la Aleación de Alta Temperatura K4169

Solubilidad y Transformación de Ni_5Zr en Superaleaciones Base Níquel Fundidas

Influencia del proceso de solidificación direccional y del contenido de hafnio en una superaleación a base de níquel

El Papel del Mg en la Aleación de Alta Temperatura GH220

Estudio de la Segunda Fase en Superaleación a Base de Hierro GH2027

Investigación Exploratoria sobre la Adición de Partículas de Carburo a Aleaciones de Alta Temperatura Basadas en Ni_3Al

Precipitación de las Fases MC y M_3B_2 en una Superaleación de Ni-Cr-Co

Comportamiento a Fatiga de Bajo Ciclo a Alta Temperatura de la Superaleación a Base de Níquel GH4145/SQ

Investigación sobre la Transformación en el Control de Calidad de Conformado de Superaleaciones a Altas Temperaturas

Composición de Superaleaciones Eutécticas de Alto Gradiente Solidificadas DireccionalmenteTejido y Rendimiento

Investigación sobre el Refinamiento de Grano y la Optimización del Rendimiento de la Aleación de Alta Temperatura K4169

Solubilidad y Transformación de Ni_5Zr en Superaleaciones Base Níquel Fundidas

Influencia del proceso de solidificación direccional y del contenido de hafnio en una superaleación a base de níquel

El Papel del Mg en la Aleación de Alta Temperatura GH220

Microestructura y Análisis de Fases del Envejecimiento por Estrés de Polvo de Superaleación FGH95

Investigación sobre la Microestructura y la Cinética de Precipitación de la Fase γ′ de la Aleación de Alta Temperatura en Polvo Rene′88DT

Investigación sobre el Comportamiento de la Iniciación y Propagación de Grietas Inducidas por Inclusiones en Aleaciones a Alta Temperatura a Base de Polvo de Níquel

Comportamiento Mecánico Microscópico de las Inclusiones en Aleaciones de Alta Temperatura en Polvo a Base de Níquel

Investigación y Desarrollo de Aleaciones de Alta Temperatura mediante Metalurgia de Polvos

 

Una aleación de alta temperatura se refiere a un tipo de material metálico a base de hierro, níquel y cobalto, capaz de funcionar durante largos periodos a temperaturas superiores a 600 °C y bajo ciertas tensiones. Presenta alta resistencia a altas temperaturas, buena resistencia a la oxidación y a la corrosión, buen comportamiento a la fatiga, tenacidad a la fractura y otras propiedades integrales. Una aleación de alta temperatura presenta una estructura austenítica única, con buena estabilidad organizativa y fiabilidad a diversas temperaturas.Basándose en las características de rendimiento anteriores y debido al alto grado de aleación, las superaleaciones también se conocen como "superaleaciones" y son un material importante ampliamente utilizado en las industrias de aviación, aeroespacial, petrolera, química y naval. Según el elemento base, las aleaciones de alta temperatura se dividen además en aleaciones a base de hierro, a base de níquel, a base de cobalto y otras aleaciones de alta temperatura. Las aleaciones de alta temperatura a base de hierro generalmente solo pueden alcanzar temperaturas de servicio de 750-780 °C. Para componentes resistentes al calor utilizados a temperaturas más altas, se utilizan aleaciones a base de níquel y metales refractarios. Las aleaciones de alta temperatura a base de níquel ocupan una posición particularmente importante en todo el campo de las aleaciones de alta temperatura. Se utilizan ampliamente para fabricar componentes del lado caliente de motores a reacción de aeronaves y diversas turbinas de gas industriales. Utilizando una resistencia a la fluencia de 150 MPa-100 h como estándar, la temperatura más alta que las aleaciones de níquel actuales pueden soportar es >1100 °C, mientras que las aleaciones de níquel pueden soportar aproximadamente 950 °C y las aleaciones a base de hierro pueden soportar <850 °C. Por lo tanto, las aleaciones a base de níquel son correspondientemente más altas en aproximadamente 150 °C a 250 °C. Por lo tanto, la gente llama a las aleaciones de níquel el "corazón del motor". Actualmente, en los motores avanzados, las aleaciones de níquel representan la mitad del peso total, no solo en las álabes de la turbina y las cámaras de combustión, sino también en los discos de la turbina e incluso en las últimas etapas de los álabes del compresor. En comparación con las aleaciones de hierro, las ventajas de las aleaciones de níquel son: mayor temperatura de funcionamiento, microestructura estable, menos fases perjudiciales y excelente resistencia a la oxidación y la corrosión. En comparación con las aleaciones de cobalto, las aleaciones de níquel pueden operar a temperaturas y tensiones más altas, especialmente en aplicaciones que involucran álabes giratorios.

Las ventajas mencionadas de las aleaciones de níquel están relacionadas con ciertas propiedades del níquel mismo. El níquel tiene una estructura cúbica centrada en las caras, y su organización es muyEstable, no ocurre ninguna transformación alotrópica desde la temperatura ambiente hasta la temperatura alta; esto es muy importante para la selección como material de matriz. Como es bien sabido, la estructura austenítica tiene una serie de ventajas sobre la estructura ferrítica.

El níquel tiene alta estabilidad química. Apenas se oxida por debajo de los 500 grados Celsius y no se ve afectado por el vapor, el agua y las soluciones acuosas de ciertas sales a temperatura ambiente. El níquel se disuelve muy lentamente en ácido sulfúrico y ácido clorhídrico, pero se disuelve muy rápidamente en ácido nítrico.

El níquel tiene una gran capacidad de aleación, e incluso añadir más de diez elementos de aleación no da lugar a fases perjudiciales, lo que proporciona posibilidades potenciales para mejorar las diversas propiedades del níquel.

Aunque las propiedades mecánicas del níquel puro no son fuertes, su plasticidad es excelente, especialmente con pocos cambios de plasticidad a bajas temperaturas.