Materiales

Superaleaciones base Ni
Estructura y propiedades de las aleaciones. Carrera Ing. en Materiales.
Mg. Ing. M. Dolores Pereda

Introducción
Las superaleaciones son aleaciones base níquel, base níquel-hierro o base cobalto que
presentan una adecuada resistencia a altas temperaturas (mayores a 540ºC) con buenas
propiedades de resistencia mecánica y resistencia a la degradación superficial. Seutilizan
en aplicaciones como en turbinas de gas, plantas de conversión de carbón y otras industrias
en las cuales son necesarias una buena resistencia al calor y/o frente a la corrosión. Aunque
estas aleaciones fueron desarrolladas originariamente para aplicaciones de altas
temperaturas, algunas se utilizan a temperaturas criogénicas o inclusive a la temperatura
del cuerpo humano.
Lassuperaleaciones se encuentran disponibles en el mercado en dos formas principales:
como fundidas (cast) o como trabajadas (wrought), es posible encontrarlas también
fabricadas mediante pulvimetalurgia. En general, las superaleaciones trabajadas base
níquel y base hierro-níquel se utilizan hasta temperaturas entre 649 y 704ºC, mientras que
las fundidas se usan por encima de este rango. Lassuperaleaciones fundidas en general
poseen tamaño de grano grueso, segregación de aleantes y mejores características de
termofluencia y ruptura. Las trabajadas tienen tamaño de grano más fino y homogéneo y
mejores propiedades de fatiga y de resistencia a la tracción. En este apunte se tratarán
principalmente las superaleaciones base Ni trabajadas.
Hay que tener en cuenta varias consideraciones técnicastales como la formabilidad, la
resistencia mecánica, la resistencia a la termofluencia, a la fatiga y la estabilidad
superficial, cuando se selecciona una superaleación para una aplicación dada. Sucede que
las variables microestructurales y composicionales que pueden beneficiar una propiedad
pueden perjudicar otra. Por ejemplo, el tamaño de grano fino es deseable para la resistencia
mecánicay al inicio de fisuras por fatiga a baja temperatura y para la formabilidad a alta
temperatura pero perjudica el comportamiento frente a la termofluencia.
Las características principales del Ni como metal base de una aleación son su alta
estabilidad de la matriz fcc del níquel y la capacidad de poder aumentar la resistencia
mecánica mediante una variedad de medios en forma directa oindirecta. La estabilidad
superficial del níquel puede mejorarse fácilmente aleándolo con Cr y/o Al. Con la finalidad
de describir adecuadamente este tipo de aleación es necesario comprender claramente la
metalurgia de las superaleaciones, además de las consecuencias de los procesos
(incluyendo los tratamientos térmicos) que afecten su microestructura y, por lo tanto, sus
propiedades.

1.Microestructura y propiedades de las superaleaciones base Ni
Las principales variables microestructurales de las superaleaciones son la cantidad y
morfología de los precipitados, el tamaño y la forma de grano y la distribución de los
carburos. El control de la estructura se realiza a través de la selección/modificación de la
composición y del procesado.

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La clase más importante desuperaleaciones base Ni es la que precipita un compuesto
intermetálico en una matriz fcc. Para las aleaciones níquel-titanio/aluminio (ej.: Waspaloy,
Udimet 720) el precipitado endurecedor es γ´ y para las aleaciones níquel-niobio (ej.: IN
718) será γ´´. Algunas aleaciones pueden contener ambos aleantes (ej.: IN 706, IN 909),
Nb y Ti/Al, por lo que en este caso actuarán como precipitados endurecedores tantoγ´
como γ´´. Otra clase de aleaciones base níquel son las endurecidas por solución sólida
(Hastelloy X, IN 62) que pueden tener un endurecimiento adicional debido a la
precipitación de carburos y/o compuestos intermetálicos. Una tercera clase incluye a las
endurecidas por partículas de óxido dispersas (oxide-dispersion, ODS), principalmente
ytrio combinado en algunos casos con la fase γ´...