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Piezas de súper aleación en aviación

Los primeros vuelos exitosos de aviones propulsados ​​por motores a reacción (en la Segunda Guerra Mundial, por el ejército alemán y británico) se realizaron con motores de materiales limitados de rendimiento relativamente modesto. A medida que avanzaban, los motores a reacción continuaron orientados hacia los materiales. No obstante, el examen del progreso de los materiales desde 1942 muestra una serie espectacular de desarrollos que permitieron aumentos ininterrumpidos de temperatura y estrés operativo. Los desarrollos estaban orientados tanto al proceso como a la aleación, y a menudo una combinación de los dos. Como resultado, el empuje neto de 800 lb del motor Whittle de 1942 ha aumentado al nivel de 65,000 lb-a factor de 80 en poco más de 40 años.

Inicialmente, las aleaciones a base de cobalto surgieron como líderes en la fabricación de cuchillas, mientras que las aleaciones a base de hierro sirvieron para requisitos de temperaturas más bajas, por ejemplo, discos. De la práctica convencional más o menos mejorada, las aleaciones forjadas, como la S-816, dieron paso a las piezas de aleación de base de cobalto de fundición de precisión de grano grueso. Luego, la industria aprendió a controlar el tamaño y la estructura del grano, los diseñadores aprendieron a vivir con ductilidades menos de lo deseado y las temperaturas de operación subieron a 815 ° C (1500 ° F). La fundición de precisión de piezas de súper aleación, entonces y ahora, sigue desempeñando un papel dominante en el mundo de la súper aleación.

Hubo desarrollos paralelos en los sistemas a base de Ni, las aleaciones valiosas, flexibles y ahora reforzadas con y /, y '. Aquí, tomó el desarrollo del proceso de metalurgia al vacío para hacer posible la producción de composiciones fuertes de "alta aleación" mediante el control de los niveles de impurezas. Entonces, aún mayores contenidos de aleación, lo que lleva a mayor

El potencial de resistencia y temperatura se realizó a través del desarrollo de tecnologías de fundición, de las cuales la fusión por arco al vacío es la más sobresaliente. Estos desarrollos requirieron esfuerzos inigualables por parte de grupos de investigación y desarrollo para demostrar y evaluar los roles de la composición y estructura de la aleación, utilizar el beneficio de los niveles de pureza previamente considerados inalcanzables y desarrollar técnicas avanzadas para modificar aún más las estructuras y las químicas para resolver problemas especiales. . En última instancia, esto condujo a los desarrollos emocionantes de las cuchillas de cristal único solidificadas direccionalmente, esta última alcanzando la aplicación del motor solo muy recientemente.

Piezas austeníticas de súper aleación.

A lo largo de este período, la preocupación entre los metalúrgicos, diseñadores y fabricantes siempre fue que las aleaciones con base de níquel y base de cobalto en última instancia tendrían que ser reemplazadas por sistemas de aleación de mayor fusión, los metales refractarios. Esto no es sorprendente cuando uno se da cuenta de que una mayor aleación tiende a producir aleaciones de menor fusión; ¡aquí se usaban aleaciones a fracciones cada vez más altas de sus temperaturas de fusión!

Al principio, se hicieron grandes esfuerzos con aleaciones de molibdeno y columbio (niobio). Esto no tuvo éxito para las temperaturas de operación entonces planificadas y las vidas previstas, pero aún pueden ser prometedoras para temperaturas superiores a aproximadamente 1100 ° C (2000 ° F) si se pueden encontrar recubrimientos adecuados. Se lograron excelentes niveles de resistencia y se desarrollaron algunos recubrimientos prometedores, pero no se realizaron las vidas esperadas. Más tarde, las aleaciones a base de cromo parecían ser naturales, pero finalmente no tuvieron éxito debido a problemas de fragilidad.

También debemos mencionar los primeros ensayos con cermets, y el primero de una serie de desarrollos de la era cerámica desde 1950 en adelante, los cuales produjeron estructuras sólidas interesantes, pero aún no hay aplicaciones aceptables en la competencia de súper aleación. Las súper aleaciones austeníticas se mantuvieron dominantes.

Con la llegada del procesamiento de solidificación rápida, se están desarrollando y estudiando aleaciones de aún más complejidad, ahora con la ventaja de un control aún más estrecho sobre la segregación de impurezas y la estructura de las fases deseadas. Además, la producción de tamaños y estructuras de granos superfinos en el área de pulvimetalurgia hace que la superplasticidad sea fácil de lograr y usar. Nominalmente, las aleaciones fundidas como IN-100 y Mar-M 509 se hacen muy fuertes a temperaturas bajas e intermedias y se pueden conformar fácilmente en formas complejas, incluidas formas casi netas. En la década de 1960, ¿quién habría predicho que IN-100, una aleación de fundición, podría convertirse en superplástico y candidato para aplicaciones de disco a aproximadamente 650-700 ° C (1200-1300 ° F)? Se puede esperar que las estructuras superplásticas tengan un gran impacto en la tecnología de súper aleación.

Piezas de súper aleación ODS.

Finalmente, estamos comenzando a ver aplicaciones significativas de aleaciones de ODS (reforzado con dispersión de óxido), nuevamente utilizando una combinación de procesos y técnicas de aleación desarrolladas durante los años intermedios. La aleación mecánica, y ahora el uso de RS (solidificación rápida; polvos finos y completamente aleados), permitirán el uso de aleaciones de base de níquel y base de cobalto ODS a temperaturas superiores a 1100 ° C (2000 ° F).

¿Usar a 1100 ° C (2000 ° F) y superior para aleaciones que se derriten por debajo de 1400 ° C (2550 ° F)? ¿Usar más del 80% de la temperatura de fusión absoluta? Sí, ha llegado ese momento. Incluso se pueden lograr fracciones más altas del punto de fusión con compuestos de matriz de metal.

En resumen, la interacción extremadamente efectiva de los procesos de aleación con las composiciones y estructuras de aleación, junto con excelentes estudios científicos de apoyo de estructuras, propiedades y estabilidad, ¡han dado a las súper aleaciones una posición de ingeniería nunca soñada por sus primeros defensores!

Se buscan aleaciones y materiales alternativos, pero aún no han surgido. Estos nuevos materiales se están estudiando para reemplazar o reemplazar las piezas de súper aleación.

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