| Summary: | Las superaleaciones base níquel, como el INCONEL® 718 (IN718), son ampliamente usadas en componentes de motores aeronáuticos, debido a sus excelentes propiedades, especialmente a temperaturas elevadas. El IN718 se procesa normalmente por metalurgia clásica (forja y mecanizado). Sin embargo, el consumo de energía durante el procesado es alto y la eficiencia baja, siendo el ratio material necesario versus vuelo aproximadamente 10:1. Así, es necesario un sistema alternativo que mejore la eficiencia y el consumo de energía. La ruta pulvimetalúrgica de prensado isostático en caliente (HIP) en forma neta ofrece una solución, permitiendo la eliminación o al menos una gran reducción del proceso de mecanizado, y por lo tanto, se puede reducir el ratio material necesario versus vuelo de 10:1 a aproximadamente 1.5:1, produciéndose una reducción enorme de material necesario, consumo de energía y costes. Sin embargo, el principal problema de esta ruta en las superaleaciones base níquel es conseguir las propiedades mecánicas requeridas por la industria aeronáutica. Por lo tanto, esta tesis se centra en el estudio, análisis, caracterización y optimización de las diferentes etapas de la ruta pulvimetalúrgica mediante HIP del IN718 para conseguir las propiedades microestructurales y mecánicas requeridas para este material en aeronáutica.
Primero, se realizó una completa caracterización de los polvos de IN718 fabricados por distintos métodos. La calidad de la materia prima, la morfología, las propiedades físicas, la fracción de polvo y la composición química de los polvos tienen una enorme influencia en las propiedades mecánicas. Por lo tanto, todas estas propiedades fueron estudiadas para seleccionar el polvo más apropiado. Se desea tener alta fluidez y densidad de llenado, bajo contenido de carbono y oxígeno, y contenidos adecuados de boro, niobio, aluminio y titanio. Además, se investigó y desarrolló un método para reducir el contenido de oxígeno en el polvo. Este sistema consiste en una reducción en hidrógeno a temperaturas moderadas y se observó una disminución del 30 % del contenido en peso del oxígeno en todos los polvos.
Después, se desarrolló un procedimiento de encapsulación para mantener iguales las propiedades del polvo después del ciclo de HIP. La composición del polvo, especialmente el contenido de oxígeno y carbono por su gran influencia en las propiedades mecánicas, no deben ser modificadas durante la etapa de encapsulación previa al HIP y por lo tanto, un nuevo sistema de evacuación fue desarrollado.A continuación, se realizaron ciclos de HIP para evaluar la influencia de diversos parámetros (tipo y fracción de polvo, temperatura, tiempo, presión, composición química y velocidad de enfriamiento) en la microestructura y las propiedades mecánicas del IN718. Esta actividad permitió determinar la ventana óptima de HIP. Además, se estudiaron varios tratamientos térmicos (HT) para precipitar las fases necesarias para alcanzar las propiedades mecánicas. Finalmente, las propiedades de los materiales HIP y HIP con HT se analizaron (microestructura, tamaño de grano, composición química, dureza, tracción, tenacidad, ruptura por tensión y fatiga). Los resultados mostraron que, usando el polvo adecuado con la debida composición química, contenido de intersticiales, morfología y fracción, y las condiciones de HIP y HT óptimas, especialmente la temperatura, velocidad de enfriamiento y tiempo del ciclo de HIP, se alcanzan los valores requeridos para todas las propiedades, excepto tenacidad. Para aumentar la ductilidad y la tenacidad, un nuevo polvo de IN718 con bajo contenido de niobio fue diseñado y atomizado por gas. El contenido de niobio fue seleccionado para tener después de los tratamientos térmicos la misma fracción en volumen de precipitados gama doble prima que tiene el material forjado. Con este nuevo polvo la ductilidad y la tenacidad aumentaron un 20 %, manteniéndose el límite elástico y la máxima resistencia a la tracción en línea con los estándares aeronáuticos más exigentes.
En conclusión, esta ruta pulvimetalúrgica mediante HIP desarrollada en este trabajo es un método viable para la manufacturación de componentes de motores aeronáuticos
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