Desgaste en alabes de un avion.

1.- Titulo.
Análisis de desgaste de las alabes de turbina.
2.- Resumen.

Se ha efectuado el estudio de las causas de desgaste y a su vez de la rotura prematura de un conjunto de álabes de la turbina de alta presión de un motor de aviación. Estos álabes fueron fabricados en una superaleación base níquel endurecible por precipitación.

El estudio consistió en un análisis de la superficie defractura en el microscopio electrónico de barrido y una observación microestructural mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, identificando las fases presentes por medio de espectrometría por dispersión de energía de rayos X.

El análisis fractográfico reveló que el fallo del primer álabe se había producido por un mecanismo de fatiga termomecánica habiéndose iniciando en una de lascavidades internas de refrigeración del álabe. La presencia de carburos primarios de hafnio y tántalo, de grandes dimensiones, agrietados, en la superficie de fractura pone de manifiesto el importante papel que éstos han jugado en el proceso del fallo, acelerando el mismo. Los restantes álabes se rompieron por los impactos causados por los trozos desprendidos del primero.

3.- Descripción ycaracterización del problema.

Entre los mecanismos de fallo de los álabes que se han señalado se incluyen fluencia, oxidación, fatiga de bajo y alto número de ciclos o una combinación de dos o más de ellos. Además, en muchísimos casos, la rotura de un componente acarrea una sucesión en cadena de fallos de otros. Ello implica que la identificación del componente que falló en primer lugar sea unatarea imprescindible para determinarla.

4.- Análisis de las posibles soluciones.

El uso de superaleaciones como los de Aluminio – Titanio, Níquel – Aluminio (Cobalto, Molibdeno y Cromo) utilizados en las turbinas de gas que operan bajo unas condiciones de elevada temperatura y alta presión, tales como álabes y vanos, se halla ampliamente extendido. Estas aleaciones son capaces de operar deforma satisfactoria bajo carga a temperaturas muy cercanas a las del inicio de su fusión (del orden del 85% de esta cifra en grados Kelvin), valor que resulta netamente superior a los que ofrecen otros materiales alternativos. No obstante, el lógico deseo de aumentar el rendimiento de la turbina ha llevado a forzar las condiciones de trabajo de estos componentes, buscando que pudieran trabajar atemperaturas aún más altas.

Si bien se han logrado algunas mejoras en este sentido gracias al desarrollo de nuevas superaleaciones o a la aplicación de recubrimientos que actúen a modo de barrera térmica, como recubrimientos por difusión de aluminio.
5.- Descripción de las pruebas realizadas para resolver el problema.

El primer paso en el estudio consistió en un examen visual de todos losálabes del conjunto, centrándose en sus superficies de fractura pero sin dejar desatendidos otros aspectos que contribuyan a identificar el origen del fallo y el mecanismo responsable del mismo. El examen se realizó principalmente a simple vista, acudiendo a la ayuda de un pequeño microscopio estereoscópico con una modesta capacidad de aumento (X50), en aquellos casos en que se consideró conveniente unaobservación más detallada de alguna faceta fractografáfica. [1]

6.- Resultados de las pruebas realizadas para resolver el problema.

Consistió en un examen visual, de las superficies de fractura de los álabes seleccionados fueron objeto de un análisis fractográfico en el microscopio electrónico de barrido. Este equipo incorpora un espectrómetro por dispersión de energía de rayos Xfacilitando la identificación de las fases que han contribuido al proceso de fractura.

Este análisis fractográfico permitió definir los puntos donde parece hallarse el origen de la rotura y elegir los cortes a efectuar sobre los álabes para la extracción de las probetas metalográficas. Se extrajeron probetas longitudinales del álabe que el análisis fractográfico identificó como origen probable del...