Uncategorized

Piezas de súper aleación en aviación

Los primeros vuelos exitosos de aviones propulsados ​​por motores a reacción (en la Segunda Guerra Mundial, por el ejército alemán y británico) se realizaron con motores con materiales limitados y un rendimiento relativamente modesto. A medida que avanzaban, los motores a reacción continuaron estando orientados a los materiales. No obstante, el examen del progreso de los materiales desde 1942 muestra una serie espectacular de desarrollos que permitieron aumentos ininterrumpidos en la temperatura y el estrés operativo. Los desarrollos estaban orientados tanto al proceso como a la aleación y, a menudo, eran una combinación de ambos. Como resultado, el empuje neto de 800 lb del motor Whittle de 1942 se elevó al nivel de 65 000 lb, un factor de 80 en poco más de 40 años.

Inicialmente, las aleaciones con base de cobalto surgieron como líderes en la fabricación de palas, mientras que las aleaciones con base de hierro servían para requisitos de temperatura más bajos, como discos, por ejemplo. De la práctica convencional más o menos mejorada, las aleaciones forjadas, como S-816, dieron paso a las piezas de aleación de base de cobalto fundidas con precisión de grano grueso. Luego, la industria aprendió a controlar el tamaño y la estructura del grano, los diseñadores aprendieron a vivir con ductilidades menos de las deseadas y las temperaturas de operación subieron a 815 °C (1500 °F). La fundición de precisión de piezas de superaleaciones, antes y ahora, sigue desempeñando un papel destacado en el mundo de las superaleaciones.

Hubo desarrollos paralelos en los sistemas a base de Ni, las valiosas, flexibles y ahora dominantes aleaciones reforzadas con y/,y’. Aquí, se necesitó el desarrollo del proceso de metalurgia al vacío para hacer posible la producción de composiciones fuertes de “alta aleación” mediante el control de los niveles de impurezas. Luego, contenidos de aleación aún más altos, lo que lleva a una mayor

potencial de resistencia y temperatura, se realizaron mediante el desarrollo de tecnologías de refundición, de las cuales la refundición por arco al vacío es la más destacada. Estos desarrollos requirieron esfuerzos sin precedentes por parte de los grupos de investigación y desarrollo para demostrar y evaluar las funciones de la composición y la estructura de la aleación, aprovechar los beneficios de los niveles de pureza que antes se consideraban inalcanzables y desarrollar técnicas avanzadas para modificar aún más las estructuras y las químicas para resolver problemas especiales. . En última instancia, esto condujo a los emocionantes desarrollos de álabes monocristalinos y solidificados direccionalmente, estos últimos alcanzando la aplicación en motores solo muy recientemente.

Piezas de superaleaciones austeníticas.

A lo largo de este período, la preocupación entre los metalúrgicos, diseñadores y fabricantes siempre fue que las aleaciones a base de níquel y cobalto en última instancia tendrían que ser reemplazadas por sistemas de aleaciones de mayor punto de fusión, los metales refractarios. Esto no sorprende cuando uno se da cuenta de que una mayor aleación tiende a producir aleaciones de menor punto de fusión; ¡aquí había aleaciones que se usaban en fracciones cada vez más altas de sus temperaturas de fusión!

Al principio, se hicieron grandes esfuerzos con aleaciones de molibdeno y columbio (niobio). Estos no tuvieron éxito para las temperaturas de funcionamiento planificadas en ese momento y la vida útil anticipada, pero aún pueden ser prometedores para temperaturas superiores a aproximadamente 1100 °C (2000 °F) si se pueden encontrar recubrimientos adecuados. Se lograron excelentes niveles de resistencia y se desarrollaron algunos recubrimientos prometedores, pero no se lograron las vidas útiles esperadas. Más tarde, las aleaciones a base de cromo parecían ser naturales, pero finalmente no tuvieron éxito debido a problemas de fragilidad.

También debemos mencionar los primeros ensayos con cermets y el primero de una serie de desarrollos de la era cerámica a partir de 1950, los cuales produjeron estructuras sólidas interesantes, pero aún sin aplicaciones aceptables en la competencia de superaleaciones. Las superaleaciones austeníticas siguieron siendo dominantes.

Con la llegada del procesamiento de solidificación rápida, se están desarrollando y estudiando aleaciones de mayor complejidad, ahora con la ventaja de un control aún más estrecho sobre la segregación de impurezas y la estructura de las fases deseadas. Además, la producción de estructuras y tamaños de grano superfinos en el área de la pulvimetalurgia hace que la superplasticidad sea fácil de lograr y usar. Nominalmente, las aleaciones fundidas como IN-100 y Mar-M 509 se hacen muy fuertes a temperaturas bajas e intermedias y se les da forma fácilmente en formas complejas, incluidas formas casi netas. En la década de 1960, ¿quién habría predicho que IN-100, una aleación de fundición, podría convertirse en superplástica y ser candidata para aplicaciones de disco a aproximadamente 650-700 °C (1200-1300 °F)? Se puede esperar que las estructuras superplásticas tengan un gran impacto en la tecnología de superaleaciones.

Piezas de súper aleación ODS.

Finalmente, estamos comenzando a ver aplicaciones significativas de aleaciones ODS (reforzadas con dispersión de óxido), nuevamente utilizando una combinación de procesos y técnicas de aleación desarrolladas durante los años intermedios. La aleación mecánica, y ahora el uso de RS (solidificación rápida; polvos finos completamente aleados), permitirá el uso de aleaciones a base de níquel y cobalto ODS a temperaturas superiores a 1100 °C (2000 °F).

¿Usar a 1100 °C (2000 °F) y más para aleaciones que se funden por debajo de 1400 °C (2550 °F)? ¿Utiliza más del 80% de la temperatura de fusión absoluta? Sí, ese momento ha llegado. Incluso se pueden lograr fracciones más altas del punto de fusión con compuestos de matriz metálica.

En resumen, la interacción extremadamente efectiva de los procesos de aleación con las composiciones y estructuras de las aleaciones, junto con excelentes estudios científicos de apoyo sobre estructuras, propiedades y estabilidad, han dado a las superaleaciones una posición de ingeniería que sus primeros defensores nunca soñaron.

Se están buscando aleaciones y materiales alternativos, pero aún no han surgido. Estos nuevos materiales están siendo estudiados para reemplazar o reemplazar las piezas de súper aleación.

About the author

admin

Leave a Comment