Las súper aleaciones son materiales diseñados para operar en ambientes extremos. Si bien, no todas las súper aleaciones son susceptibles al Tratamiento Térmico, debido a sus extraordinarias características su uso es ampliamente extendido en aplicaciones especiales como la industria médica, nuclear y aeroespacial
Introducción
El Níquel y el Cobalto forman la base de un grupo de aleaciones denominado Súper Aleaciones. Estos materiales están diseñados para operar a elevadas cargas, destacándose también por su resistencia a la corrosión a altas temperaturas gracias a la formación de óxidos estabilizados en la superficie.
Un gran número de aleaciones han sido desarrolladas y estudiadas desde mitad te siglo XX, siendo gran parte de ellas patentadas. Sin embargo, varias de las aleaciones desarrolladas ha sido desechadas con el paso de los años y actualmente solo un puñado son de uso extensivo. Ver ejemplos en tabla 1.
Formación de Gamma Prima y Resistencia al Creep
La deformación por fluencia lenta o creep es un modo de falla de los materiales y se define como la tendencia a la deformación de un material sólido sometido permanentemente a una carga de tensión constante. Este fenómeno es más severo en materiales expuestos a altas temperaturas durante largos periodos de tiempo.
Las turbinas aeronáuticas, por ejemplo, pueden alcanzar temperaturas de operación que en ocasiones superan los 1200C y donde el creep puede ser un serio problema. Las super aleaciones de Níquel y Cobalto están diseñadas para soportar estas condiciones y resistir el fenómeno de fluencia lenta gracias a la precipitación ordenada en los límites de grano de una fase llamada Gamma Prima γ’.
No todas las súper aleaciones son susceptibles al tratamiento térmico por precipitación y es por eso que son clasificadas en dos grupos. El primer grupo consiste de todas las aleaciones que pueden ser endurecidas mediante tratamiento térmico y el segudo de aquellas que solo pueden mejorar su resistencia mecáncia mediante operaciones de trabajo en frío. Ver tabla 2.
Tratamientos Térmicos de Solubilizado y Precipitación
Los tratamientos térmicos de solubilizado o solución consisten de operaciones de alta temperatura diseñados para disolver carburos y compuestos intermetálicos en solución. Se suelen emplear temperaturas que van desde los 1000 a 1200C, pero ciertas aleaciones pueden requerir una temperatura diferente dependiendo de las propiedades requeridas.
El objetivo de un solubilizado es eliminar la mayor cantidad de precipitados en la red cristalina, sin embargo en ocasiones el tratamiento térmico puede dejar algunos compuestos sin disolver.
La precipitación es un tratamiento térmico a temperatura intermedia que provoca el endurecimiento y el incremento de la resistencia de la aleación debido a la precipitación de compuestos intermetálicos desde una solución sobre-saturada.
Para tratamientos de una etapa, la temperatura a la que se realiza la precipitación oscila entre 600 y 760C.
Envejecido en 2 etapas
En ocasiones el término precipitación y envejecido se usan indistintamente para describir el mismo proceso, sin embargo se trata de dos etapas distintas:
- La formación de los precipitados
- El crecimiento de los precipitados
El envejecido en 2 etapas mejora las propiedades de las súper aleaciones debido a que en la primera etapa del proceso se optimiza la distribución de los precipitados y una segunda etapa permite el crecimiento de estos.
Consideraciones importantes
El control de temperatura durante el tratamiento térmico de solubilizado es de suma criticidad en estas aleaciones debido a que un crecimiento de grano puede ocurrir de manera muy acelerada.
En la industria aeroespacial, cuyo uso de estas aleaciones es ampliamente extendido, existen estrictas normativas para asegurar el control y la consistencia de la temperatura de los hornos empleados para tratamiento térmico.
La norma SAE AMS2750 es el estándar universalmente aceptado para fines de certificación de procesamiento térmico en la industria aeroespacial, y nos describe los requisitos de precisión, exactitud y uniformidad para los sistemas de medición de temperatura (pirometría).
Las pruebas de pirometría descritas en la normativa AMS2750 proporcionan información valiosa que fomenta el mantenimiento preventivo de los hornos y equipos relacionados. Al mismo tiempo, el entendimiento y control de los sistemas de medición ayudan de manera proactiva a obtener resultados metalúrgicos repetibles.
En ambos casos la información generada en estas pruebas nos permite reducir la probabilidad de scrap o reclamos de calidad y asegurar la continuidad del negocio al mostrar conformidad con los mandatos del cliente.
Referencias
- CHANDLER H., Heat Treater’s Guide: Practices and Procedures for Nonferrous Alloys, ASM International, 1996
- Nadcap AC7102/8 Audit Criteria for Pyrometry, rev A, 2021
- P-R-I Training, Heat Treatment of Nickel and Cobalt based Alloys, Performance Review Institute, 2020
- SAE Aerospace, Aerospace Material Specification AMS2750: Pyrometry rev. F, 2020
- SAE Aerospace, Aerospace Material Specification AMS2774 : Heat Treatment Nickel Alloy and Cobalt Alloy parts rev. G, 2020
- TIEN, J.K., CAULFIELD, T. Superalloys, Supercomposites and Superceramics. Academic Press Inc. 1989
Pero no teman. La buena noticia es que la mayoría de los cambios son de formato y tendrán un impacto mínimo en la mayoría de los usuarios. La mala noticia es que si existen algunos cambios muy significativos que sí afectarán a todos. A continuación te comparto algunos de los puntos mas relevantes en cada sección de la norma:
Si bien los cambios de la revisión F implican una cantidad importante de trabajo, la implementación correcta de AMS2750 ha probado por mas de 40 años que se puede contar con un proceso de tratamiento térmico controlado y capaz de prevenir defectos de manera efectiva.
