¿Qué es el precipitado γ' en las superaleaciones?

Es un precipitado de composición Ni₃(Al, Ti) con estructura FCC y muy estable, que permite a las superaleaciones mantener altas resistencias a elevadas temperaturas.

¿En qué se diferencian las superaleaciones base níquel de las base Ni-Fe?

Las base Ni-Fe son más baratas porque el hierro sustituye parte del níquel, pero presentan peores propiedades a elevada temperatura al no alcanzar niveles tan altos de resistencia.

Níquel y superaleaciones: propiedades, tipos y aplicaciones industriales

Q: ¿Para qué se utiliza el níquel comercialmente puro?

Se utiliza principalmente en intercambiadores de calor, en el procesado de alimentos y en la industria química, gracias a su resistencia a la corrosión.

Resumen

El documento describe las propiedades y aplicaciones del níquel puro y de sus aleaciones industriales, como las Ni-Cu (Monel) y las Ni-Cr (Inconel). Después se centra en las superaleaciones, explicando sus tres tipos (base níquel, base hierro-níquel y base cobalto), sus elementos aleantes y los mecanismos que les dan resistencia a altas temperaturas.

Puntos clave

El níquel comercialmente puro tiene una pureza del 94-100%, es dúctil, soldable, magnético y se parece al cobre en conductividad y resistencia a la corrosión.
Los Monel contienen aproximadamente 67% Ni y 33% Cu y se usan en remaches para la industria química, aeroespacial y ambientes marinos.
Las aleaciones Ni-Cr (Inconel) destacan por su alta resistencia mecánica, resistencia a la fluencia y buena resistencia a la corrosión.
Las superaleaciones mantienen altas resistencias a alta temperatura gracias al precipitado γ' (Ni₃(Al, Ti)), de estructura FCC.
Existen tres tipos de superaleaciones: base níquel, base hierro-níquel y base cobalto.
Las superaleaciones base níquel contienen 10-20% Cr, menos de 10% Al y 5-15% Co, mientras que las base Ni-Fe son más baratas pero menos resistentes a alta temperatura.
Las superaleaciones base cobalto son útiles para aplicaciones de baja carga, larga vida útil y alta temperatura.

Ponte a prueba

1. Características y Propiedades

2. Níquel Comercialmente Puro

Su pureza está entre valores del 94-100%. Es un material muy dúctil y fácil de mecanizar, además de ser soldable, magnético y de elevado coste. Sus propiedades físicas y químicas son muy similares a las del Cobre (Cu), destacando en:

Conductividad.
Transformación.
Alta densidad.
Alta resistencia a la corrosión.

Se utiliza principalmente en intercambiadores de calor, en el procesado de alimentos y en la industria química.

3. Aleaciones Ni-Cu

Tienen buenas propiedades como alta ductilidad y alta resistencia mecánica. Son materiales soldables y conformables, con una excelente resistencia a la corrosión en atmósferas reductoras y marinas.

Los Monels

Tienen una composición de 67% Ni y 33% Cu. En cuanto a sus aplicaciones, se utilizan para remaches en la industria química, aeroespacial y en ambientes marinos.

4. Aleaciones Ni-Cr (Inconel)

Sus propiedades principales son la alta resistencia mecánica, la resistencia a la fluencia y una buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en la generación de energía y en la industria química, específicamente en atmósferas carburantes y a elevada temperatura.

5. Superaleaciones

Las superaleaciones son capaces de mantener altas resistencias a elevadas temperaturas gracias a la formación del precipitado γ’ (Ni₃(Al, Ti)), que tiene una estructura FCC y es muy estable. Poseen una excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación a alta temperatura, así como una buena resistencia a la fluencia y a la rotura en condiciones térmicas extremas.

Existen tres tipos de superaleaciones:

Base níquel.
Base hierro-níquel.
Base cobalto.

Los aleantes que se añaden son Mo, Nb y W para el endurecimiento por solución sólida y formación de carburos; y Cr y Al para la estabilidad superficial, ya que forman capas protectoras de Cr₂O₃ y Al₂O₃. Debido a su alta resistencia mecánica y a la corrosión, se emplean en la industria aeronáutica, vehículos espaciales, motores de cohetes, centrales térmicas y nucleares, entre otros.

Superaleaciones base níquel

Su composición es de 10-20% Cr, menos de 10% Al y 5-15% Co. Los mecanismos de endurecimiento que utiliza son:

Endurecimiento por solución sólida.
Adición de elementos que disminuyan la solubilidad de otros, favoreciendo la precipitación de intermetálicos.
El Al y Ti forman el precipitado γ’.
Formación de carburos en los límites de grano, lo que hace que los límites queden fijos y evita el deslizamiento.
Adición de pequeñas cantidades de B y Zr para retardar el deslizamiento y los procesos difusionales en el límite de grano.
La existencia de granos grandes y columnares evita el deslizamiento.

Superaleaciones base Ni-Fe

Su contenido es: 25-45% Ni, 15-60% Fe, 15-28% Cr y 1-6% Mo. Sus precipitados endurecedores son γ’ (Ni₃(Al, Ti)), γ’’ (Ni₃Nb) y carburos. Presenta peores propiedades a elevada temperatura, ya que no alcanza niveles tan altos de resistencia, pero es mucho más barata debido a que el hierro sustituye parte del níquel.

Superaleaciones base Co

Son menos susceptibles a la corrosión en caliente y tienen una mayor resistencia a temperaturas extremadamente altas. Aunque son más susceptibles a la oxidación, resultan más económicas que las aleaciones procesadas en vacío. La densidad y la temperatura de fusión del Cobalto (Co) es similar a la del Níquel (Ni).

Se pueden endurecer por solución sólida y por precipitación de carburos, pero tienen una menor resistencia que las de níquel a temperaturas intermedias debido a la falta de γ’. Son útiles para aplicaciones de baja carga, larga vida útil y alta temperatura.