Inconel 738C
Introducción al Inconel 738C
El Inconel 738C es una superaleación de níquel colada, diseñada para aplicaciones estructurales de alta temperatura donde la resistencia a la fluencia, la protección frente a la oxidación y la resistencia a la fatiga térmica son críticas. Esta aleación es una variante mejorada del Inconel 738, ajustada para una colabilidad superior y una mejor soldabilidad, lo que la convierte en una opción fiable para componentes de fundición de precisión que posteriormente requieren mecanizado CNC.
El Inconel 738C conserva un contenido alto de γ′ (~60%) y está estabilizado por elementos como níquel (~62%), cromo (16%), cobalto (8.5–9.5%), titanio (3.4–3.8%) y aluminio (3.2–3.7%). Presenta una excelente estabilidad mecánica a altas temperaturas hasta 980°C (1796°F), lo que permite su uso en álabes directores (vanes), hardware de cámara de combustión y otros componentes expuestos a ciclos térmicos agresivos.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Inconel 738C
El Inconel 738C (UNS R30738 / ASTM A297) suele suministrarse en condición de fundición de precisión (investment cast), tratamiento térmico en solución y envejecido, adecuado para piezas de turbina aeroespaciales y de potencia de alta integridad.
Composición química (análisis típico en colada)
Elemento | Rango de composición (p.% en peso) | Función clave |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | ~62.0 | Matriz base; alta resistencia térmica |
Cromo (Cr) | 15.5–16.5 | Resistencia a la oxidación y a la corrosión |
Cobalto (Co) | 8.5–9.5 | Mejora la fatiga y la estabilidad térmica |
Tungsteno (W) | 2.6–3.3 | Resistencia por solución sólida |
Molibdeno (Mo) | 1.5–2.1 | Mejora el comportamiento a la fluencia |
Titanio (Ti) | 3.4–3.8 | Formación de γ′ para endurecimiento por envejecido |
Aluminio (Al) | 3.2–3.7 | Junto con Ti, estabiliza la fase γ′ |
Carbono (C) | 0.08–0.12 | Controlado para formar carburos y reforzar el grano |
Boro (B) | 0.005–0.01 | Mejora la ductilidad y la resistencia a fisuración |
Zirconio (Zr) | ≤0.05 | Aumenta la cohesión de los límites de grano |
Silicio (Si) | ≤0.5 | Mejora la adherencia de la capa de óxido |
Manganeso (Mn) | ≤0.5 | Favorece la colabilidad y la eliminación de escoria |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 8.15 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1260–1330°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 11.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.28 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 13.3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 450 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 188 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición colada + envejecida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 980–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 680–800 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥4–8% (longitud calibrada de 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–390 HB | ASTM E10 |
Resistencia a rotura por fluencia | ≥135 MPa @ 870°C, 1000 h | ASTM E139 |
Características clave del Inconel 738C
Colabilidad optimizada: la fluidez y el comportamiento de alimentación mejorados minimizan la contracción y la porosidad en componentes complejos de turbina.
Alta resistencia por gamma prima: una fracción volumétrica de γ′ cercana al 60% permite una excelente estabilidad mecánica a altas temperaturas de operación.
Estabilidad superficial: forma capas protectoras de óxido (Cr₂O₃ y Al₂O₃) para una resistencia superior a la oxidación bajo calentamiento cíclico.
Preparado para mecanizado CNC: las piezas coladas pueden posmecanizarse hasta tolerancias de ±0.02 mm con acabados superficiales tan finos como Ra ≤ 0.8 µm usando herramientas de alto rendimiento.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para el Inconel 738C
Desafíos de mecanizado
Alta dureza
Las piezas envejecidas de 738C pueden superar 390 HB, dificultando mantener la vida de herramienta y el acabado superficial durante ciclos prolongados.
Retención de calor
Una conductividad térmica inferior a 12 W/m·K concentra el calor en la zona de corte, exigiendo refrigeración avanzada y recubrimientos adecuados.
Abrasividad microestructural
Las fases intermetálicas y los carburos contribuyen a un desgaste rápido del filo y a la formación de cráter, especialmente a altas velocidades de corte.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Cerámicas SiAlON o carburo recubierto por PVD | Soporta calor extremo y desgaste abrasivo |
Recubrimiento | TiAlN, AlCrN (espesor 3–6 µm) | Reduce la carga térmica y la fricción |
Geometría | Desprendimiento positivo 10–12°, plaquita con filo preparado | Controla las fuerzas de corte y retrasa el fallo del filo |
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 | 80–100 |
Acabado | 30–45 | 0.05–0.10 | 0.3–0.8 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas mecanizadas en Inconel 738C
Prensado isostático en caliente (HIP)
HIP densifica las microestructuras internas y mejora la resistencia a la fatiga de bajo ciclo al eliminar la microporosidad típica de las coladas.
Tratamiento térmico
Tratamiento térmico implica solubilizado a 1120–1170°C seguido de envejecimiento a 845°C para precipitar plenamente la fase γ′ y lograr resistencia y estabilidad térmica.
Soldadura de superaleaciones
Soldadura de superaleaciones es posible con precalentamiento y aplicación controlada de metal de aporte, minimizando la fisuración durante la unión o la reparación.
Recubrimiento barrera térmica (TBC)
Recubrimiento TBC aplica 125–250 µm de cerámicas YSZ para extender la vida a fatiga térmica y reducir la oxidación en servicio de las superficies del perfil aerodinámico.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
EDM permite el corte preciso de ranuras de refrigeración, raíces tipo fir-tree y características complejas con una precisión de ±0.01 mm tras la colada.
Taladrado profundo
Taladrado profundo proporciona orificios precisos de alta relación de aspecto (L/D ≥ 40:1) esenciales para canales de flujo de refrigeración en aplicaciones de turbina.
Ensayos y análisis de materiales
Ensayos de materiales incluyen análisis microestructural, ensayos de tracción/corrosión y END según ASTM E139, E112 y AMS 5389.
Aplicaciones industriales de componentes de Inconel 738C
Turbinas aeronáuticas
Álabes directores (nozzle guide vanes), álabes de turbina y segmentos de shroud.
Ofrece integridad mecánica a 900–980°C bajo condiciones de vuelo cíclicas.
Turbinas de gas industriales
Conductos de transición, piezas de combustor y segmentos de rotor.
Rinde bajo combustión a alta presión y ciclos térmicos rápidos.
Energía y potencia
Bastidores de escape de turbina, sellos y sistemas de escudo térmico.
Combina resistencia a la oxidación con resistencia a la fluencia a largo plazo.
Defensa y propulsión espacial
Componentes de alta temperatura para motores a reacción y toberas de cohete.
Mantiene la resistencia portante en entornos severos de reentrada y lanzamiento.
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