Inconel 713
Introducción al Inconel 713
El Inconel 713 es una superaleación de níquel fundida, endurecible por precipitación, diseñada para ofrecer excelente resistencia, resistencia a la fatiga térmica y estabilidad frente a la oxidación a temperaturas elevadas de hasta 980°C (1800°F). Desarrollada originalmente para componentes estructurales en motores de turbina, esta aleación se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, energéticas y de turbinas de gas industriales que requieren exposición prolongada a altas temperaturas y durabilidad mecánica.
Compuesta principalmente por níquel (≥75%), con adiciones de cromo (12–14%), aluminio (5.5–6.5%), molibdeno (4–5%) y niobio (1.5–2.5%), el Inconel 713 ofrece una resistencia sobresaliente a la rotura por fluencia y mantiene la integridad microestructural en condiciones de servicio extremas. Su naturaleza colable permite diseños de forma casi neta, pero a menudo se requiere mecanizado CNC de precisión para cumplir con los requisitos finales de dimensión y superficie.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Inconel 713
El Inconel 713 (UNS N07713 / AMS 5380) se suministra típicamente en condición de fundición de precisión y envejecido, y cumple especificaciones para componentes aeroespaciales de alta temperatura.
Composición química (AMS 5380)
Elemento | Rango de composición (p.% en peso) | Función clave |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balance (~75.0%) | Metal base; estabilidad térmica y resistencia |
Cromo (Cr) | 12.0–14.0 | Aporta resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente |
Aluminio (Al) | 5.5–6.5 | Refuerza mediante precipitación de γ′ (Ni₃Al) |
Molibdeno (Mo) | 4.0–5.0 | Mejora la resistencia a la fluencia |
Niobio (Nb) | 1.5–2.5 | Precipita fases de endurecimiento (NbC, γ″) |
Titanio (Ti) | 0.6–1.2 | Refuerza la fase γ′ |
Carbono (C) | 0.10–0.20 | Forma carburos para resistencia a la fluencia |
Zirconio (Zr) | 0.05–0.15 | Mejora la resistencia en los límites de grano |
Boro (B) | 0.005–0.015 | Mejora la cohesión de los límites de grano |
Hierro (Fe) | ≤3.0 | Elemento de aleación menor |
Silicio (Si) | ≤0.50 | Controlado para limitar la oxidación |
Manganeso (Mn) | ≤0.50 | Mejora la colabilidad |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.00 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1250–1330°C | ASTM E1268 (DTA) |
Conductividad térmica | 11.5 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.20 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 13.9 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 460 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 198 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición fundida envejecida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 620–750 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥3–6% (longitud calibrada de 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–390 HB | ASTM E10 |
Resistencia a rotura por fluencia | ≥165 MPa @ 871°C, 100 h | ASTM E139 |
Características clave del Inconel 713
Resistencia a alta temperatura: mantiene una resistencia a la tracción superior a 900 MPa y una resistencia a la fluencia superior a 150 MPa a 870°C durante más de 100 horas—ideal para componentes de la sección caliente de turbinas de gas.
Resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente: el cromo y el aluminio forman óxidos estables y protectores (Cr₂O₃, Al₂O₃), garantizando resistencia hasta 1000°C en entornos oxidantes y sulfatantes.
Refuerzo por gamma prime: una fracción volumétrica de γ′ ~60% contribuye a un límite elástico >700 MPa y excelente estabilidad dimensional bajo alto esfuerzo y temperatura.
Colabilidad con mecanizado de precisión: apto para fundición de precisión (investment casting) de forma casi neta con acabado CNC complementario para alcanzar tolerancias de ±0.02 mm y acabados superficiales Ra ≤ 0.8 µm.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para el Inconel 713
Desafíos de mecanizado
Alta dureza y abrasividad
La condición fundida y envejecida alcanza una dureza Brinell de hasta 390 HB, lo que provoca desgaste de flanco y daño por cráter en herramientas de carburo.
Sensibilidad térmica
La baja conductividad térmica (11.5 W/m·K) hace que las temperaturas en la punta de la herramienta superen los 1000°C, generando oxidación rápida y desgaste por muesca.
Fragilidad de la pieza
La ductilidad limitada (elongación 3–6%) aumenta el riesgo de microgrietas y astillado de bordes durante cortes agresivos o vibración.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Herramientas de CBN o cerámicas (SiAlON, reforzadas con whisker) | Alta dureza en caliente y resistencia al choque térmico |
Recubrimiento | TiAlN o AlCrN PVD, 3–6 µm | Reduce el desgaste por difusión y la fricción |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo (10–12°), filo bruñido o biselado | Mejora la vida de la herramienta y la calidad superficial |
Parámetros de corte (ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | DOC (mm) | Presión de refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 15–25 | 0.20–0.30 | 2.0–3.0 | 80–120 |
Acabado | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas mecanizadas en Inconel 713
Prensado isostático en caliente (HIP)
HIP elimina la porosidad interna por contracción y mejora la resistencia a la fatiga en >25%, algo crítico para álabes de turbina y piezas estructurales fundidas expuestas a cargas cíclicas.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico incluye tratamiento de solución a 1160°C y envejecimiento a 845°C para optimizar la precipitación de γ′ y mejorar las propiedades de tracción y rotura.
Soldadura de superaleaciones
Soldadura de superaleaciones emplea técnicas TIG precalentadas o soldadura por haz de electrones con aportes base Ni-Cr para mantener la integridad de la unión bajo ciclos térmicos.
Recubrimiento barrera térmica (TBC)
Recubrimiento TBC aplica capas cerámicas de circonia de 150–250 µm para reducir la temperatura superficial hasta 200°C, prolongando la vida a fatiga de las piezas de la sección caliente.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
EDM permite formar geometrías precisas en Inconel 713 endurecido con una precisión de ±0.01 mm, adecuado para ranuras tipo “fir tree” y orificios de refrigeración.
Taladrado profundo
Taladrado profundo admite el mecanizado de orificios de alta relación de aspecto (L/D ≥ 40:1), vital para canales de refrigeración de álabes y perforaciones de camisas de combustión.
Ensayos y análisis de materiales
Ensayos de materiales incluyen evaluación macro/microestructural, radiografía e inspección ultrasónica según AMS 2175 para validar la solidez estructural y la precisión dimensional.
Aplicaciones industriales de componentes de Inconel 713
Turbinas aeroespaciales
Álabes de primera etapa, toberas y álabes guía.
Soporta altos gradientes térmicos y cargas centrífugas sin deformación por fluencia.
Generación de energía
Componentes de turbinas de gas estacionarias y segmentos de tobera.
Excelente resistencia a la oxidación bajo cargas térmicas constantes y cíclicas.
Sistemas industriales de calentamiento
Camisas de combustor, puntas de quemador y toberas de gases de combustión.
Mantiene resistencia y resistencia a la corrosión en flujos de alta velocidad y alta temperatura.
Turbocompresores automotrices
Rotores de turbina y componentes de carcasa.
Resiste choque térmico y oxidación en ciclos rápidos de aceleración-desaceleración.
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