Solución y envejecimiento: Aleaciones de níquel

El tratamiento en solución consiste en el calentamiento de una aleación a una temperatura adecuada, manteniéndolo a esta temperatura el tiempo suficiente para provocar que uno o más constituyentes entren en una solución sólida, y a continuación enfriarlo suficientemente rápido para mantener estos constituyentes en solución. Los tratamientos térmicos de precipitación posteriores permiten la liberación controlada de estos constituyentes, ya sea en forma natural (a temperatura ambiente) o artificialmente (a temperaturas más elevadas).

Beneficios

Existe una gran cantidad de aleaciones basadas en níquel de fundición y forjado que pueden mejorar diversas características mediante cualquiera de los tratamientos en solución o mediante tratamiento en solución y endurecimiento por envejecimiento de precipitación. Características tales como la temperatura ambiente y/o la resistencia mecánica elevada a temperatura, la resistencia a la corrosión y a la oxidación se mejoran mediante dichos tratamientos térmicos.

Aplicaciones y materiales

Las propiedades de las aleaciones basadas en níquel que pueden tratarse térmicamente se pueden mejorar mediante la selección de los parámetros adecuados de tratamiento térmico. El tratamiento en solución o el tratamiento en solución seguido por endurecimiento por envejecimiento de precipitación se utilizan comúnmente con aleaciones basadas en níquel.

Tratamiento en solución

• Durante el proceso de fabricación, la mayoría de materiales puede resultar endurecido, lo que limita la capacidad de procesar adicionalmente el material. El tratamiento en solución integrado en el proceso (alivio de las tensiones) puede reducir esta condición de endurecimiento, permitiendo la aplicación del tratamiento posterior.
• Los procesos de fabricación como la soldadura fuerte, soldadura o el revestimiento pueden afectar negativamente las propiedades de los materiales, impacto que se puede invertir mediante un tratamiento en solución previo al procesamiento adicional.
• Los procesos de fabricación pueden resultar en el inicio prematuro del proceso de endurecimiento por envejecimiento de precipitación, que puede invertirse mediante una nueva aplicación de tratamiento en solución antes del procesamiento adicional.
• Un gran número de aleaciones basadas en níquel desarrolla las propiedades deseadas únicamente a través del proceso de tratamiento en solución. Se consideran aleaciones reforzadas de solución sólida. Ejemplos de estas aleaciones son Hastelloy X, INCO 625 y HA 230.

Endurecimiento por envejecimiento de precipitación

• El desarrollo de las propiedades del material final para satisfacer los criterios específicos de diseño de piezas requiere que el material (fundición/forjado) sea sometido a un ciclo de tratamiento prolongado, a una temperatura inferior, para que pueda desarrollarse una microestructura específica de la aleación mediante el endurecimiento por envejecimiento de precipitación.
• Normalmente este paso se realiza casi al final o al final del proceso de fabricación, ya que el proceso de tratamiento térmico da como resultado un aumento significativo de la dureza del material y se produce una determinada cantidad predecible de variación en el tamaño (contracción) que debe tenerse en cuenta. Los costes de mecanizado pueden aumentar drásticamente si éste debe realizarse tras el endurecimiento por envejecimiento de precipitación.
• Ejemplos típicos de materiales son: INCO 718, INCO 738, Mar-M-247, Waspaloy y C263.

Detalles del proceso

• El tratamiento en solución se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían desde los 1.800 hasta los 2.450 °F en vacío, seguido por un enfriamiento rápido mediante ventilador de gas a temperatura ambiente. Un gran número de materiales posee tasas específicas de enfriamiento que se deben alcanzar para garantizar la obtención de la microestructura metalúrgica apropiada en el producto final.
• El endurecimiento por envejecimiento de precipitación se lleva normalmente a cabo a temperaturas que varían entre los 1.000 y los 2.080 °F en vacío, en atmósfera inerte o al aire, para tiempos de retención que van desde las 2 horas a más de 40, dependiendo del material y la microestructura metalúrgica especificada. Es posible que sea necesario llevar a cabo múltiples pasos (con una disminución de la temperatura en cada paso) para lograr los resultados finales deseados.
• Las especificaciones industriales aplicables incluirían SAE AMS 2773 y AMS 2774.