Inconel 718: La Superaleación Definitiva para Fabricación Aditiva

Nuestra serie de publicaciones de blog Ciencia de Materiales muestra materiales de fabricación comúnmente usados, sus propiedades y otras características relevantes. Esta publicación analiza el material de fabricación aditiva por excelencia Inconel 718, explorando las propiedades y aplicaciones aditivas comunes de esta superaleación a base de níquel.

¿Qué es Inconel?

Inconel se considera una "superaleación". Tras la Segunda Guerra Mundial, el término superaleación surgió para describir un grupo de aleaciones de alto rendimiento desarrolladas para extender la vida útil de componentes de aeronaves expuestos a calor extremo.

Esta cámara de combustión hecha para un OEM aeroespacial fue fabricada aditivamente con Inconel 718.

Las aleaciones son una mezcla de metales que se combinan para lograr una superblemente de características metálicas, como resistencia y resistencia a la corrosión. Las superaleaciones —también conocidas como aleaciones de alto rendimiento, aleaciones resistentes al calor o aleaciones de alta temperatura— son materiales principales para varias industrias como aeroespacial, petroquímica, automovilismo, y petróleo y gas.

Inconel 718, que escaló a producción en masa en 1965, es un material de trabajo bien conocido, a base de níquel-cromo, para la industria de fabricación aditiva. Resumiendo el Ciclo de Carnot, o el ciclo de motor térmico más eficiente, una combustión más caliente resulta en eficiencia energética. La eficiencia energética resulta en eficiencia de combustible.

Por eso las superaleaciones, como Inconel 718, son tan críticas para diseños eficientes y rentables. Su estabilidad en entornos extremos y capacidad para permanecer resistentes a la corrosión, fluencia y choque térmico, las hacen candidatas ideales para la industria aeroespacial.

Este gráfico muestra la resistencia específica de materiales de alto rendimiento. Imagen cortesía de laserchirp.com

Esta superaleación de níquel-cromo-molibdeno se usa en componentes de sección caliente de álabes de turbina, sistemas de ductos y sistemas de escape de motores. De hecho, el 50 % de los materiales usados en motores de aeronaves y cohetes son superaleaciones a base de níquel.

Inconel 718 y aleaciones similares también se encuentran en aplicaciones no aeronáuticas ni de cohetes. Plantas químicas y petroquímicas (vasijas, bombas, válvulas, tuberías), plantas de energía (turbinas de gas industriales), submarinos (palas de hélice, acoplamientos de desconexión rápida, motores de propulsión auxiliar), reactores nucleares (tubos de intercambiadores de calor, racores), y la industria del petróleo y gas (tubulares de fondo, cabezales de pozo, bengalas) contribuyen al uso de fabricación y producción de Inconel 718.

Las aplicaciones criogénicas también usan Inconel 718 debido a su capacidad para resistir la fractura frágil a temperaturas muy bajas.

Inconel vs. Titanio vs. Acero

Como se muestra en el gráfico anterior, a la derecha, las aleaciones a base de níquel como Inconel 718 pueden ser el candidato de material correcto sobre titanio o acero cuando se trata de rendimiento en entornos de temperatura extrema. Capas protectoras oxidadas en aleaciones a base de níquel aumentan aún más el rendimiento mecánico. Las tablas a continuación listan las propiedades de Inconel 718, acero inoxidable y titanio. Más detalles sobre todos nuestros materiales en Protolabs se pueden encontrar en nuestra Guía de Comparación de Materiales.

PROPIEDADES DE INCONEL 718 ADITIVO

PROPIEDADES DE ACERO INOXIDABLE 17-4 PH ADITIVO

PROPIEDADES DE ACERO INOXIDABLE 316L ADITIVO

PROPIEDADES DE TITANIO/Ti6 AL-4V ADITIVO

Dónde Encaja la Fabricación Aditiva en el Panorama

Obtener diseños deseados con Inconel no aditivo puede ser un desafío. Específicamente, el rendimiento del componente puede sufrir cuando se usan métodos de fabricación tradicionales ya que pueden afectar atributos de rendimiento mecánico como corrosión a alta temperatura y resistencia a la fluencia. Un paso de recocido también se requiere al inicio de cualquier proceso de mecanizado, forjado o soldadura. La fabricación aditiva de Inconel 718 ha demostrado que las propiedades mecánicas no se sacrifican, e incluso pueden superar las propiedades de piezas fundidas o forjadas.

La industria aeroespacial, y empresas como GE Aviation, ya están produciendo piezas fabricadas aditivamente para motores a reacción de aeronaves. Libertad de diseño, reducción de piezas y eficiencias en la cadena de suministro ponen a los componentes aeroespaciales fabricados aditivamente en el centro de atención cuando se logran ahorros de combustible y costos.

Un artículo de 2017 presentado en una conferencia del Instituto de Física (IOP) sobre ciencia e ingeniería de materiales, informó que varias aplicaciones criogénicas de superaleaciones aditivas también están usando fabricación aditiva. Tubos y carcasas, sistemas de suspensión y soporte criogénicos, estructuras para impulsores o bombas, vástagos de válvulas, tubos de refrigeración, heat pipes, diseños de aislamiento térmico, intercambiadores de calor, y almacenamiento de gas en sistemas de alta porosidad son todos adecuados para aplicaciones que requieren superaleaciones de alta resistencia donde las temperaturas pueden variar desde criogénicas (-460 °F / -273 °C) hasta 1,400 °F (760 °C).

El desarrollo de metales en polvo, junto con el avance en máquinas industriales de impresión 3D de metal, ha avanzado la conversación dentro de muchas industrias para desbloquear los beneficios de fabricar aditivamente superaleaciones. La capacidad de desarrollar piezas es, de hecho, una realidad para cualquiera que busque fabricar piezas de Inconel 718.

En Protolabs, ofrecemos Inconel 718 como opción de material aditivo disponible para construir volúmenes de piezas hasta 31.5 in x 15.7 in. x 19.7 in. (800 mm x 398 mm x 500 mm). Con la introducción de la máquina GE Additive X Line 2000R en nuestra línea, estamos allanando el camino para que las industrias confíen en un solo proveedor para piezas grandes de Inconel 718 aditivas.

Además, las opciones de tratamiento térmico que mejoran las propiedades mecánicas de Inconel pueden realizarse. Una de las muchas opciones de tratamiento térmico incluye prensado isostático en caliente (HIP), que también puede realizarse para mejorar las propiedades mecánicas aumentando la densidad y reduciendo la porosidad dentro de las piezas.

Rachel Hunt es la gerente de marketing para impresión 3D en Protolabs. Ex cliente de Protolabs, ha ocupado posiciones de ingeniería y marketing dentro de la industria de dispositivos médicos. Hunt ha trabajado globalmente con clientes de uso final y proveedores de fabricación para comercializar dispositivos quirúrgicos. Posee un B.S. en Ingeniería Biomédica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y una Maestría en Gestión de Ingeniería de la Universidad Duke.