Inconel 713C
Introducción al Inconel 713C
El Inconel 713C es una superaleación colada de níquel-cromo, de alta resistencia y endurecible por precipitación, optimizada para servicio en condiciones térmicas y mecánicas extremas. Su combinación de excelente resistencia a la fluencia, protección frente a la oxidación y buena colabilidad lo hace especialmente adecuado para álabes de turbina, componentes del recorrido de gas caliente y piezas estructurales de motor que operan de forma continua por encima de 950°C (1742°F).
Diseñado con una base de níquel (~75%) y aleado con cromo (12–14%), aluminio (5.5–6.5%), molibdeno (4–5%) y niobio (1.5–2.5%), el Inconel 713C logra una microestructura fina de precipitados γ′ y un comportamiento mecánico estable bajo fatiga térmica. Es una evolución de la aleación estándar Inconel 713, mejorada para ofrecer mejor fluidez de colada y un rendimiento ligeramente superior frente a la corrosión en caliente.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Inconel 713C
El Inconel 713C (UNS N07713C / AMS 5381) se utiliza principalmente en estado colado y envejecido para componentes aeroespaciales y energéticos de alto rendimiento. Cumple normas como AMS 5381 y MIL-C-24707.
Composición química (AMS 5381)
Elemento | Rango de composición (p.% en peso) | Función clave |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balance (~75.0%) | Metal de matriz para estabilidad térmica |
Cromo (Cr) | 12.0–14.0 | Resistencia a la oxidación y a la corrosión en caliente |
Aluminio (Al) | 5.5–6.5 | Favorece el refuerzo por fase γ′ |
Molibdeno (Mo) | 4.0–5.0 | Mejora la resistencia a la rotura por fluencia |
Niobio (Nb) | 1.5–2.5 | Refuerza mediante formación de NbC y γ″ |
Titanio (Ti) | 0.6–1.2 | Estabilidad de la fase γ′ |
Carbono (C) | 0.10–0.20 | Forma carburos para resistencia a alta temperatura |
Zirconio (Zr) | 0.05–0.15 | Mejora la cohesión en los límites de grano |
Boro (B) | 0.005–0.015 | Mejora la resistencia en caliente y la ductilidad |
Hierro (Fe) | ≤3.0 | Elemento residual |
Silicio (Si) | ≤0.50 | Minimiza la formación de cascarilla por oxidación |
Manganeso (Mn) | ≤0.50 | Ayuda a la colabilidad |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.01 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1250–1330°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 11.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.22 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 13.8 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 455 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 197 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición colada envejecida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 940–1060 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 610–740 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥3–5% (longitud calibrada de 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–390 HB | ASTM E10 |
Resistencia a rotura por fluencia | ≥160 MPa @ 871°C, 100 h | ASTM E139 |
Características clave del Inconel 713C
Resistencia a temperatura elevada: mantiene una resistencia a la tracción por encima de 940 MPa y demuestra una resistencia a la fluencia sostenida >150 MPa a 871°C, lo que lo hace ideal para piezas rotativas y estáticas de la sección caliente.
Resistencia a la oxidación y a gases calientes: las capas de óxido Cr-Al protegen frente a la degradación superficial en entornos de turbina hasta 1000°C, incluso bajo cargas térmicas fluctuantes.
Refuerzo por gamma prime: la alta fracción volumétrica de γ′ (~60%) incrementa la dureza y mantiene la integridad de forma en ciclos de servicio exigentes.
Colabilidad y estabilidad dimensional: diseñada para fundición de precisión (investment casting) con excelente fluidez y, posteriormente, mecanizada para tolerancias estrechas (±0.02 mm) y baja rugosidad superficial (Ra ≤ 0.8 µm).
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para el Inconel 713C
Desafíos de mecanizado
Alta dureza y desgaste de herramienta
Las piezas coladas envejecidas alcanzan hasta 390 HB, lo que acelera el desgaste en plaquitas de carburo y provoca astillado en el flanco.
Baja ductilidad y fragilidad
La elongación es limitada (~3–5%), lo que incrementa el riesgo de fisuración superficial o deformación de aristas durante pasadas de acabado.
Concentración de carga térmica
La baja conductividad térmica provoca una rápida acumulación de calor en la interfaz herramienta-viruta, causando desgaste por cráter y deriva dimensional.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Cerámica SiAlON o carburo recubierto (CBN para acabado) | Alta resistencia al calor y al desgaste |
Recubrimiento | TiAlN/AlCrN, PVD 3–6 µm | Minimiza el desgaste por difusión y la oxidación |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo (10–12°), filo reforzado | Mejora la vida de la herramienta y el control 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 713C
Prensado isostático en caliente (HIP)
HIP elimina la porosidad por contracción y mejora la resistencia a la fatiga en más de un 25%, reforzando el rendimiento estructural en servicio cíclico a alta temperatura.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico implica solubilización a 1150–1175°C y envejecimiento para optimizar la distribución de γ′ y las propiedades de tracción en secciones coladas de gran tamaño.
Soldadura de superaleaciones
Soldadura de superaleaciones utiliza GTAW o EBW con aportes equivalentes para minimizar la fragilización de la ZAC y mantener la integridad estructural bajo ciclos térmicos.
Recubrimiento barrera térmica (TBC)
Recubrimiento TBC aplica capas de YSZ de 100–300 µm mediante APS o EB-PVD, reduciendo la temperatura superficial hasta 200°C para prolongar la vida útil de piezas de turbina.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
EDM permite geometrías internas complejas y ranuras en fundiciones de Inconel 713C endurecido con una precisión de ±0.01 mm.
Taladrado profundo
Taladrado profundo logra relaciones L/D ≥40:1 para orificios de refrigeración y pasos de aire en segmentos de turbina.
Ensayos y análisis de materiales
Ensayos de materiales cubren ultrasonidos, radiografía y análisis de estructura de grano (ASTM E112, AMS 2175) para certificar la integridad en piezas críticas de seguridad.
Aplicaciones industriales de componentes de Inconel 713C
Aeroespacial y aviación
Álabes de turbina, álabes guía de tobera y estructuras de soporte de combustión.
Opera de forma fiable en entornos hostiles con cargas térmicas cíclicas y centrífugas.
Turbinas de gas industriales
Toberas de primera etapa, álabes (buckets) y anillos de sellado (shrouds).
Exposición prolongada a corrientes de gas a 950–1000°C sin degradación por fluencia u oxidación.
Propulsión marina
Rotores de turbocompresor y carcasas de escape de alta velocidad.
Maneja eficazmente gradientes térmicos y corrosión en caliente inducida por sales.
Alto rendimiento automotriz
Ruedas de turbocompresor de alto rendimiento y componentes de entrada.
Mantiene la integridad dimensional bajo fluctuaciones extremas de temperatura.
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