Inconel 718, un Superalloy basado en níquel desarrollado a fines de la década de 1950, sigue siendo uno de los materiales más versátiles y muy utilizados en entornos exigentes. Reconocido por su retención de fuerza excepcional, resistencia a la fatiga y resistencia superior a la fluencia y la oxidación a temperaturas elevadas, comprender su evolución microestructural subyacente y los mecanismos de fortalecimiento es fundamental para mejorar el rendimiento y el alcance de la aplicación.

Componentes microestructurales fundamentales

La composición química de la aleación incluye principalmente níquel (50-55%), cromo (17-21%), niobio (alrededor del 5%), molibdeno, hierro, titanio y aluminio. Esta aleación sofisticada fomenta la formación de una matriz γ (gamma), una estructura austenítica cúbica centrada en la cara (FCC), proporcionando ductilidad y dureza incluso bajo estrés térmico y mecánico severo.

Endurecimiento por precipitación: fases γ 'y γ' '

Inconel 718 deriva principalmente sus propiedades mecánicas extraordinarias de dos fases precipitadas: γ '(Ni_3 (Al, Ti)) y γ' '(NI_3NB).

• Fase Gamma Prime (γ '): Exhibiendo precipitados coherentes dentro de la matriz gamma, la fase γ 'contribuye significativamente a la resistencia a temperaturas intermedias (hasta ~ 650 ° C). Sus precipitados esféricos y coherentes obstruyen el movimiento de dislocación, mejorando la resistencia al rendimiento.

• Fase gamma doble prime (γ ''): Exclusivo de Inconel 718, este precipitado tetragonal y coherente influye sustancialmente en la resistencia y la resistencia a la fluencia, particularmente a temperaturas más altas (650-700 ° C). La fase γ '' es responsable de la resistencia incomparable de la aleación a temperaturas elevadas debido a su impedimento eficiente del deslizamiento de dislocación.

Cinética de precipitación y tratamiento con envejecimiento

La optimización del equilibrio de los precipitados de γ 'y γ' 'implica un control preciso de los procesos de envejecimiento:

• Tratamiento de envejecimiento estándar: Por lo general, un procedimiento de envejecimiento de dos pasos (720 ° C durante 8 horas, el horno se enfríe a 620 ° C durante horas adicionales) maximiza el fortalecimiento de la precipitación.

• Influencia de las variaciones de tratamiento térmico: Las alteraciones en los tiempos y temperaturas de envejecimiento afectan drásticamente el tamaño del precipitado, la distribución y la fracción de volumen. Las duraciones más largas o las temperaturas más altas promueven el engrosamiento, reduciendo la resistencia de la aleación y la resistencia a la fatiga.

Límites de grano e influencia de fase delta (δ)

Otra característica microestructural crítica es la fase delta (NI_3NB), que aparece principalmente en los límites de grano. Aunque la formación excesiva puede reducir la ductilidad, la presencia moderada de la fase δ estabiliza los límites del grano contra el crecimiento del grano durante la exposición térmica, mejorando la resistencia a la fluencia y la fatiga, crucial para las aplicaciones de disco de turbina aeroespacial.

Estabilidad y rendimiento microestructurales

La estabilidad de las fases γ ', γ' 'y δ bajo exposición térmica prolongada afecta significativamente la vida útil de los componentes. Las temperaturas elevadas y el estrés aceleran el engrosamiento y la disolución de γ '', lo que potencialmente conduce a una disminución de la resistencia y las propiedades de fluencia. Por lo tanto, la optimización de aleación cuidadosa y la programación del tratamiento térmico son esenciales para el rendimiento sostenido.

Conclusión

La notable complejidad microestructural de Inconel 718, dominada por la precipitación γ 'y γ' ', la formación controlada de la fase delta y la estabilidad de la matriz de FCC, deprimen su amplio éxito en entornos industriales hostiles. El control detallado sobre los procesos de tratamiento térmico, especialmente el envejecimiento de la precipitación, garantiza la estabilidad microestructural consistente y la excelencia mecánica a largo plazo.