Español

Nimonic 81

Nimonic 81 es una superaleación de níquel-cromo endurecida por precipitación, optimizada para componentes mecanizados por CNC que operan bajo fatiga térmica, oxidación y cargas mecánicas de hasta 870 °C en sistemas aeroespaciales, nucleares y energéticos.

Introducción a Nimonic 81

Nimonic 81 es una superaleación de níquel-cromo de alta resistencia reforzada con aluminio y titanio, diseñada para ofrecer una excelente resistencia mecánica, resistencia a la fluencia y estabilidad superficial en entornos agresivos de alta temperatura. Está endurecida por precipitación y desarrollada para aplicaciones que requieren servicio prolongado a temperaturas elevadas, lo que la hace muy adecuada para componentes aeroespaciales, nucleares y de generación de energía.

Con una capacidad de servicio de hasta 870°C, Nimonic 81 combina una resistencia superior a la fatiga térmica y una alta resistencia a la oxidación. Normalmente se suministra en condición de recocido de solución y envejecido, y se procesa mediante mecanizado CNC para producir álabes de turbina, sujetadores estructurales, resortes y piezas de alta precisión que requieren tolerancias dimensionales estrechas y excelentes acabados superficiales.

Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Nimonic 81

Nimonic 81 (UNS N07081 / W.Nr. 2.4635 / ISO 15156-3) es una aleación de níquel reforzada por precipitación con una fase gamma-prima (γ′) que mejora las propiedades mecánicas bajo esfuerzo y exposición térmica.

Composición química (típica)

Elemento	Rango de composición (en % peso)	Función clave
Níquel (Ni)	Balance (≥70.0)	Elemento base que proporciona resistencia a la oxidación a alta temperatura y a la fluencia
Cromo (Cr)	19.0–22.0	Mejora la resistencia a la corrosión y a la formación de cascarilla
Titanio (Ti)	2.0–2.8	Forma la fase γ′ Ni₃Ti para el endurecimiento por precipitación
Aluminio (Al)	1.0–1.5	Refuerza la matriz γ′ para la resistencia a la fatiga térmica
Carbono (C)	≤0.08	Mejora la resistencia a la fluencia a alta temperatura mediante la formación de carburos
Hierro (Fe)	≤3.0	Elemento residual; aporta resistencia
Manganeso (Mn)	≤1.0	Favorece la trabajabilidad en caliente
Silicio (Si)	≤1.0	Mejora la resistencia a la oxidación
Cobre (Cu)	≤0.2	Se limita para reducir la fragilidad en caliente
Azufre (S)	≤0.015	Se controla para mejorar la soldabilidad y la resistencia al agrietamiento en caliente

Propiedades físicas

Propiedad	Valor (típico)	Norma/condición de ensayo
Densidad	8.15 g/cm³	ASTM B311
Rango de fusión	1320–1380°C	ASTM E1268
Conductividad térmica	11.2 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividad eléctrica	1.10 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansión térmica	13.2 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Capacidad calorífica específica	430 J/kg·K a 20°C	ASTM E1269
Módulo elástico	200 GPa a 20°C	ASTM E111

Propiedades mecánicas (tratamiento de solución + envejecido)

Propiedad	Valor (típico)	Norma de ensayo
Resistencia a la tracción	1000–1150 MPa	ASTM E8/E8M
Límite elástico (0.2%)	700–800 MPa	ASTM E8/E8M
Elongación	≥18%	ASTM E8/E8M
Dureza	220–250 HB	ASTM E10
Resistencia a rotura por fluencia	200 MPa a 750°C (1000 h)	ASTM E139
Vida a fatiga térmica	Excelente	ASTM E606

Características clave de Nimonic 81

Alta resistencia a la fluencia: El mecanismo de refuerzo por gamma-prima garantiza fiabilidad mecánica bajo esfuerzos prolongados hasta 870°C.
Resistencia a la oxidación y a la formación de cascarilla: La matriz enriquecida en cromo forma una capa estable de Cr₂O₃ que protege los componentes en atmósferas oxidantes.
Resistencia a la fatiga bajo ciclos térmicos: Mantiene la estabilidad microestructural y la precisión dimensional tras miles de ciclos térmicos.
Buena soldabilidad y fabricabilidad: Puede soldarse y mecanizarse por CNC con parámetros controlados para piezas críticas con tolerancias estrechas.

Retos y soluciones de mecanizado CNC para Nimonic 81

Retos de mecanizado

Alta tasa de endurecimiento por deformación

La dureza superficial aumenta rápidamente durante el corte, especialmente en condición envejecida, causando desgaste de la herramienta e inconsistencias en las tolerancias de la pieza.

Partículas abrasivas de carburos

Los carburos y los precipitados γ′ aceleran el desgaste de herramientas de carburo sin recubrimiento y de acero rápido (HSS).

Baja conductividad térmica

La acumulación de calor en el filo de corte provoca ablandamiento térmico y astillado del filo en operaciones en seco o con refrigeración insuficiente.

Estrategias de mecanizado optimizadas

Selección de herramientas

Parámetro	Recomendación	Justificación
Material de la herramienta	Carburo (K20–K30) para desbaste, CBN para acabado	Resiste la abrasión y las cargas térmicas
Recubrimiento	AlCrN o TiSiN (PVD de 3–5 µm)	Reduce la oxidación y la formación de BUE
Geometría	Ángulo positivo, filo biselado (0.05 mm)	Minimiza la presión de corte y la vibración

Parámetros de corte (conformes a ISO 3685)

Operación	Velocidad (m/min)	Avance (mm/rev)	Profundidad de corte (mm)	Presión de refrigerante (bar)
Desbaste	10–18	0.20–0.25	1.5–2.0	100–120
Acabado	30–45	0.05–0.10	0.3–1.0	120–150

Tratamientos superficiales para piezas de Nimonic 81 mecanizadas

Prensado isostático en caliente (HIP)

HIP mejora la resistencia a la fluencia y la uniformidad estructural al eliminar microvacíos en piezas fundidas o de fabricación aditiva (AM).

Tratamiento térmico

Tratamiento térmico activa la precipitación de gamma-prima y mejora la resistencia a la fatiga a alta temperatura.

Soldadura de superaleaciones

Soldadura de superaleaciones permite uniones fuertes y resistentes a la oxidación para herrajes nucleares y aeroespaciales.

Recubrimiento de barrera térmica (TBC)

Recubrimiento TBC añade protección térmica a álabes de turbina, anillos de combustión y herrajes de gas caliente.

Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)

EDM garantiza precisión en características endurecidas como orificios de refrigeración, muescas o superficies de sellado.

Taladrado profundo

Taladrado profundo facilita la fabricación de conductos de refrigerante o canales de inyectores con altas relaciones longitud/diámetro.

Ensayos y análisis de materiales

Ensayos de materiales incluyen perfilado de microdureza, análisis de tamaño de grano, ensayos de rotura por esfuerzo (stress rupture) e inspección no destructiva (END/NDT).