Superaleación

Un superaleación, o aleación de alto rendimiento, es una aleación que presenta una excelente resistencia mecánica y resistencia a la fluencia a altas temperaturas, buena estabilidad de la superficie, y la corrosión y resistencia a la oxidación. Superaleaciones suelen tener una matriz con una cara austeníticos centrado en la estructura cristalina cúbica. Una base de superaleación elemento de aleación es generalmente de níquel, cobalto o níquel-hierro. Superaleación desarrollo ha dependido en gran medida en las industrias de químicos y la innovación de procesos y ha sido impulsado principalmente por las industrias aeroespacial y de poder. Las aplicaciones típicas se encuentran en la industria aeroespacial, de la turbina de gas industriales y de la industria de turbinas marinas, por ejemplo, palas de la turbina para las secciones calientes de los motores a reacción.

Ejemplos de superaleaciones

1. Hastelloy,2. Inconel,3. Waspaloy,4. Aleaciones de René (por ejemplo, Rene 41, René 80, René 95, René 104),

aleaciones de Haynes, Incoloy, MP98T, aleaciones de TMS, y aleaciones de cristal CMSX único.

Las Superaleaciones son materiales metálicos para el uso a altas temperaturas, especialmente en las zonas calientes de las turbinas de gas.

Estos materiales permiten la turbina para operar más eficientemente por soportar temperaturas más altas. Temperatura de entrada de la turbina (TIT), que es un indicador directo de la eficiencia de un motor de turbina de gas, depende de la capacidad de temperatura de 1 ª etapa de la hoja de la turbina de alta presión hechos de superaleaciones de base Ni exclusivamente.

Una de las propiedades superaleación más importante es la alta resistencia a la pérdida de temperatura. Otras propiedades de los materiales fundamentales son la fatiga, la estabilidad de fase, así como la oxidación y la resistencia a la corrosión.

Superaleaciones desarrollan la fuerza de alta temperatura mediante el fortalecimiento de solución sólida. La oxidación y la resistencia a la corrosión es proporcionada por la formación de una capa de óxido que se forma cuando el metal está expuesta al oxígeno y encapsula el material, y así proteger el resto de los componentes. La oxidación o la resistencia a la corrosión es proporcionada por elementos tales como aluminio y cromo. Mediante un mecanismo de fortalecimiento de la medida más importante es a través de la formación de la fase secundaria se precipita como el primer gamma y los carburos mediante el fortalecimiento de la precipitación.

Aplicaciones

Superaleaciones se utilizan comúnmente en los motores de turbina de gas en las regiones que están sujetas a las altas temperaturas que requieren de alta resistencia, excelente resistencia a la fluencia, así como la corrosión y resistencia a la oxidación. En la mayoría de los motores de turbina de esto está en la turbina de alta presión, hojas de aquí puede enfrentar temperaturas que se acercan, si no más allá de su temperatura de fusión. Recubrimientos de barrera térmica (TBCs) desempeñan un papel importante en las hojas que les permite operar en tales condiciones, la protección del material de la base de los efectos térmicos, así como la corrosión y oxidación. Aplicaciones adicionales de superaleaciones se incluyen los siguientes: turbinas de gas (aviones comerciales y militares, generación de energía y propulsión marina); vehículos espaciales, los submarinos, los reactores nucleares, militares motores eléctricos, los buques de transformación química, y los tubos de intercambiador de calor.

Revestimiento de superaleaciones

Superaleación los productos que son sometidos a altas temperaturas y atmósferas corrosivas (tales como región de alta presión de la turbina de motores de avión) están cubiertas con diferentes tipos de recubrimiento. Principalmente dos tipos de proceso de recubrimiento se aplican: el proceso de cementación en paquetes y revestimiento de fase gaseosa. Ambos son un tipo de enfermedad cardiovascular. En la mayoría de los casos, después de que el proceso de revestimiento cerca de las regiones de la superficie de las piezas se enriquecen con el aluminio, la matriz de la capa que se aluminuro níquel.

Investigación y el desarrollo de nuevos superaleaciones

La disponibilidad de superaleaciones durante los últimos decenios ha conducido a un aumento constante de las temperaturas de entrada de la turbina y la tendencia se espera que continúe.

Sandia National Laboratories está estudiando un nuevo método para la toma de superaleaciones, conocido como radiolisis. Se introduce un nuevo ámbito de investigación en la creación de aleaciones y superaleaciones a través de la síntesis de nanopartículas. Este proceso es una promesa como un método universal de la formación de nanopartículas. Mediante el desarrollo de la comprensión de la ciencia de los materiales de base detrás de estas formaciones de las nanopartículas, se especula que podría ser posible ampliar la investigación en otros aspectos de superaleaciones.

Puede haber considerables desventajas en la fabricación de aleaciones por este método. Alrededor de la mitad del uso de superaleaciones se encuentra en las aplicaciones donde la temperatura de servicio está cerca de la temperatura de fusión de la aleación. Es común que por lo tanto, el uso de monocristales. El método anterior produce aleaciones policristalinas que sufren de niveles inaceptables de fluencia.

Superaleaciones base Níquel

Las superaleaciones contienen grandes cantidades de elementos de aleación con el fin de producir una combinación de alta resistencia a altas temperaturas, a la corrosión, a las vibraciones y a la termofluencia (alta resistencia mecánica a altas temperaturas) a temperaturas superiores a los 1000ºC. Las superaleaciones de níquel presentan un buen comportamiento hasta los 1000ºC aproximadamente. Para temperaturas mayores se suelen emplear superaleaciones de cobalto.

Estructura cristalina.

Las superaleaciones de níquel presentan una microestructura peculiar, causante de sus excelentes propiedades, con una distribución en dos fases, gamma (γ) y gamma prima (γ´).

Fase gamma: solución sólida centrada en las caras que actúa como matriz. Fase gamma prima: dispersión de precipitados ordenados intermetálicos,

responsable de la gran resistencia de las superaleaciones. Las fórmulas estequiométricas de esta fase son:

o Ni3Al, Ni3Ti o Ni3(AlTi).

Aplicaciones de las superaleaciones de níquel.

Debido a sus propiedades, estas aleaciones son empleadas para la construcción de turbinas de gas (álabes), turborreactores de avión, toberas y cámaras de combustión, reactores químicos, generadores y prensas de extrusión.

Procesado de superaleaciones de níquel.

Una superaleación de níquel, normalmente se fabrica fundiendo una pieza de níquel y agregando cromo y pequeñas cantidades de otros elementos, como el aluminio o el titanio, para formar la fase gamma prima. El cromo protege el producto final de la corrosión, mientras que otros metales como titanio y wolframio, incrementan la dureza. Después la mezcla liquida se enfría, apareciendo una masa de fase gamma de níquel-aluminio.

Cuando la aleación experimenta un enfriamiento posterior ya en estado sólido, se precipitan pequeños cubos de fase gamma prima dentro de la matriz de fase gamma. El tamaño final de las partículas de gamma prima se controla variando la velocidad de enfriamiento del material.

La primera superaleación de níquel fue la Nimonic 80, endurecible por precipitación, desarrollada en el año 1941 en Gran Bretaña. Es una solución sólida de níquel con 20% Cr, 2.25 % Ti, y 1% de Al; siendo estos dos últimos metales útiles para la formación de precipitados de gamma prima.

A principios de los años sesenta, se descubrió también otra nueva técnica de fabricación de piezas metálicas; por medio del efecto superplástico. Ciertos metales son susceptibles de experimentar deformaciones de su longitud inicial del orden del mil por ciento sin romperse, después de haber conseguido afinar mucho el tamaño de grano. La razón de este comportamiento radica en que los granos muy pequeños se deforman lentamente y deslizan unos respecto a otros sin perder su mutua cohesión. Así, los materiales superplásticos se pueden forjar en formas complejas, eliminando muchas etapas de mecanizado y de terminación.

Después, las piezas así deformadas se tratan térmicamente, se enfrían rápidamente y se envejecen, para conseguir una microestructura más resistente y estable a elevada temperatura que la ofrecida por granos pequeños de la estructura superplástica. Los materiales fabricados superplásticamente son menos costosos de mecanizar.

Tan importantes como las propias aleaciones son las nuevas técnicas de procesado de metales. Las técnicas de procesado posibilitan que la metalurgia saque el máximo provecho de los nuevos conocimientos microestructurales. Estas técnicas permiten fabricar las aleaciones tradicionales de maneras hasta ahora desconocidas, y facilitan la creación de nuevos metales que jamás se hubieran obtenido con las técnicas históricas.

Superaleaciones de níquel más empleadas: Hastelloy D (Ni, 10% Si, 3% Cu). Es una aleación para moldeo, fuerte, tenaz

y extremadamente dura. Tiene una excelente resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico. Difícil mecanización. Se emplea para evaporadores, reactores, canalizaciones y accesorios en la industria química.

Hastelloy A (57% Ni, 20% Mo, 20% Fe) y Hastelloy B (62% Ni, 28% Mo, 5% Fe). Forman carburos globulares en una matriz de solución sólida. Ninguna responde al proceso de envejecimiento. Gran resistencia a la corrosión por ácido clorhídrico, fosforito y otros ácidos no oxidantes. Se emplean en la industria química para manejar, transportar y almacenar ácidos y otros materiales corrosivos.

Inconel (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe). Combina la resistencia a la corrosión, resistencia mecánica y tenacidad características del Ni, con la resistencia a la oxidación a altas temperaturas, típica del Cr. Resiste la fatiga térmica sin hacerse frágil. Se utiliza en escapes y calentadores de motores de avión, en hornos y recipientes para tratamientos de nitruración y en tubos de protección de termopares.

Chromel A (80% Ni, 20% Cr). Se emplea como elemento eléctrico de calefacción para aparatos caseros y hornos industriales. Nichrome (60% Ni, 16% Cr, 24% Fe) para resistencias de tostadores, cafeteras, planchas, secadores de pelo, calentadores eléctricos y reóstatos para equipos electrónicos.

Illium B (50%Ni, 28%Cr, 8.5%Mo, 5.5%Cu) y el Illium G (56%Ni, 22.5%Cr, 6.5%Mo, 6.5%Cu) proporcionan superior resistencia a la corrosión en aleaciones de fundición maquinables de alta resistencia. Se utilizan en cojinetes de impulso y rotatorios y las piezas de bombas y válvulas en las que se requiere alta dureza a medios corrosivos. Fueron diseñados principalmente como materiales resistentes a los ácidos sulfúricos y nítricos.

Nimonic 90 (53%Ni, 20%Cr, 18%Co, 2.5%Ti, 1.5%Al, 1.5%Fe). Principalmente utilizada por su resistencia a la fluencia (creep), su alta tenacidad y estabilidad a temperaturas elevadas. Es la aleación básica para los motores a reacción.

Incoloy se caracterizan por una buena resistencia a la corrosión en ambientes acuosos y por su excelente resistencia a la oxidación en atmósferas a altas temperaturas. Sus aplicaciones incluyen hornos y equipos de tratamiento térmico, generadores de vapor, etc.

Aplicaciones

Superaleaciones de níquel-basadas son utilizados en estructuras de carga a la temperatura más alta homólogos de cualquier sistema de aleación común (m T = 0,9, o 90% de su punto de fusión). Entre las aplicaciones más exigentes para un material estructural son aquellas en las secciones calientes de los motores de turbina. La preeminencia de superaleaciones se refleja en el hecho de que actualmente representan más del 50% del peso de los motores de aviones avanzados. El uso generalizado de superaleaciones en motores de turbina, junto con el hecho de que el rendimiento termodinámico de motores de turbina se incrementa con el aumento de las temperaturas de entrada de la turbina tiene, en parte, siempre que la motivación para el aumento de la temperatura máxima utilización de superaleaciones. De hecho, durante los últimos 30 años la capacidad de temperatura de superficie de sustentación de la turbina se ha incrementado en un promedio de alrededor de 4 ° C por año. Dos factores principales que han hecho posible este aumento son:

1. Las técnicas de procesamiento avanzadas, lo que mejoró la limpieza de aleación (mejorando así la fiabilidad) y / o permitido la producción de microestructuras, como medida solidificación dirigida o de material de cristal único.

2. El desarrollo de aleación que resulta en mayores de usar materiales de temperatura principalmente a través de la adición de elementos refractarios, tales como Re, W, Ta, y Mo.

Aumenta un 60% de la utilización de temperatura se deben a los conceptos avanzados de refrigeración, el 40% son el resultado de las mejoras materiales. State-of-the-art de la turbina temperaturas están cerca de la superficie de la hoja 2.100 ° F (1.150 ° C); las combinaciones más grave de la tensión y la temperatura se corresponde con una temperatura media de la mayor parte de metal acercarse 1.830 ° F (1.000 ° C).

A pesar de superaleaciones mantener su resistencia significativa a temperaturas cercanas a 1800 ° F, que tienden a ser susceptibles al ataque del medio ambiente debido a la presencia de elementos de aleación de reacción (que ofrecen a sus alta resistencia de temperatura). De superficie de ataque incluye la oxidación, corrosión en caliente, y la fatiga térmica. En las aplicaciones más exigentes, tales como palas y paletas de la turbina, las superaleaciones, son a menudo recubiertas para mejorar la resistencia del medio ambiente.

Base Cobalto

Mantienen su resistencia a temperaturas elevadas. Además de llevar metales refractarios y carburos metálicos, contienen niveles

elevados de cromo, lo que aumenta la resistencia a la corrosión. Son más fáciles de soldar que otras superaleaciones y se forjan con más

facilidad. Se aplican para fabricar la laboriosa estructura de la cámara de combustión

de las turbinas de gas

Otras aplicaciones

Industria aeroespacial. Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes.

Industria marina Submarinos

Industria de Procesos químicos. Reactores Nucleares. Tubos de intercambiadores de calor. Turbinas de gas industrial.

Industria aeroespacial. Cuchillas de las turbinas y motor de Cohetes.

Industria marina Submarinos

Industria de Procesos químicos. Reactores Nucleares. Tubos de intercambiadores de calor. Turbinas de gas industrial.

Base titanio

La densidad es mucho menor que las superaleaciones basadas en Co y Ni, sin embargo la resistencia a elevadas temperaturas es bastante menor.

Hay materiales intermetálicos del tipo TiAl y Ti3Al, que prometen buenas prestaciones mecánicas a temperaturas elevadas.

Aplicaciones

En los últimos diez años se han realizado avances tecnológicos en el desarrollo de modernos motores de turbinas para aeroplanos, dirigibles y componentes de superaleaciones de base níquel.

MÉTODOS DE ELABORACIÓN

Fusión

Para incrementar progresivamente la ley o contenido de las superaleaciones sometidas a fundición, el proceso pirometalúrgico considera fases consecutivas de Fusión, Conversión y Refinación.

Así se logra que la pureza inicial de 30% a 40% contenida inicialmente en el concentrado, se incremente progresivamente hasta 99,5% en el ánodo. De las fases consecutivas, la fusión y la conversión son las más importantes por lo determinantes que resultan en el proceso general.

La fusión tiene por objetivo concentrar el metal a recuperar, mediante una separación de fases de alta temperatura: una sulfurada rica en el metal y otra oxidada o pobre en él. La conversión elimina el azufre y el hierro presentes en la fase sulfurada, mediante oxidaciones del baño fundido para obtener un cobre final relativamente puro.

Hoy en día el proceso de fundición once etapas:

1. Recepción y manejo de materias primas e insumos. 2. Secado de concentrados. 3. Tostación parcial de concentrados. 4. Alimentación de concentrados al horno de fusión. 5. Fusión de concentrados. 6. Limpieza de escorias. 7. Granallado de eje alta ley y escorias. 8. Preparación y manejo de eje de alta ley. 9. Conversión de eje de alta ley. 10.Refinación y moldeo de ánodos. 11.Plantas de limpieza de gases.

En la figura de una secuencia clásica de etapas pirometalúrgicas se muestra el rango aproximado de temperaturas involucradas. En su forma clásica, hay una

secuencia alternada de etapas endo y exotérmicas, siendo las más relevantes por su tamaño las correspondientes a la fusión y la conversión. Secuencialmente, también hay un aumento paulatino de la temperatura del sistema fundido.

Solidificación direccional

Es una serie de medidas aplicadas para controlar la alimentación de bastidores. Como la mayoría de metales y aleaciones solidifican, cambiando del estado líquido al de estado sólido experimentarán una contracción apreciable del volumen. Sin la atención a los principios del control, los objetos que el molde contendrá encogimiento comúnmente llamado interno de los vacíos a “desertan”.

Algunas de las medidas aplicadas son el uso de frialdades, canalizaciones verticales, control de la tarifa que vierte, temperatura que vierte, y el uso de exotérmico materiales.

Con el uso apropiado de las medidas, como el metal solidifica el interfaz para el límite entre el líquido y el metal sólido se mueve hacia una fuente del metal adicional de la alimentación y lejos de la región donde la solidificación comenzó.

La solidificación direccional se puede utilizar como proceso de la purificación. Puesto que la mayoría de las impurezas serán más solubles en el líquido que en la fase sólida durante la solidificación, las impurezas “serán empujadas” por el frente de la solidificación, causando mucho de echar acabado para tener una concentración más baja de impurezas que el material de la materia de base, mientras que el metal solidificado pasado será enriquecido con las impurezas. Esta última parte del metal puede ser desechada o ser reciclada. La conveniencia de la solidificación direccional en quitar un inmpurity específico de cierto metal depende de coeficiente de la partición de la impureza en el metal en la

pregunta, según lo descrito por Ecuación de Scheil. La solidificación direccional se emplea con frecuencia como paso de la purificación en la producción de silicio multicristalino para células solares.

La solidificación direccional (DS) es controlado por la solidificación del metal líquido para el suministro continuo al frente de solidificación de la fundición de metal de alimentación.

Entre los métodos de solidificación direccional, el método de crecimiento Bridgman consiste en calentar el material cristalino por encima de su punto de fusión y solidificación como consecuencia de su tasa de crecimiento definidos y el gradiente de temperatura. IMMS SAS para las necesidades de solidificación direccional poseen el aparato de Bridgman modificado.

Opciones de utilización de la DS:

1. Para producir los cristales individuales con orientación de los cristales definidos.

2. Eutéctica para producir materiales compuestos. 3. Para dilucidar la dependencia entre las condiciones de crecimiento y la

microestructura de las aleaciones de intermetálicos.4. El estudio del crecimiento celular a dendríticas por el cambio de los

parámetros de solidificación. 5. Para el estudio de las columnas de equiaxial transición de crecimiento de

grano. 6. Para estudiar la evolución microestructural durante la solidificación y

posteriores transformaciones de estado sólido por la combinación de solidificación direccional con los métodos de enfriamiento.

7. Eutéctica Ni-Al-Mo compuestos con DS Ti-46Al-2W-0.5Si (At.%) de aleación, matriz intermetálicos reforzados por V = 1.18x10-4 ms-1. C - las partículas de Al2O3 Fibras Mo.

Para minimizar los efectos dañinos de la contracción es conveniente que las regiones de la fundición más distantes de la fuente de metal líquido se solidifiquen primero y que la solidificación progrese de estas regiones hacia la mazarota.

En esta forma, el metal fundido continuará disponible en las mazarotas para prevenir los vacíos de contracción durante la solidificación.

Se usa el término - solidificación direccional para describir este aspecto del proceso de solidificación y sus métodos de control.

La solidificación direccional deseada se logra aplicando la regla de Chvorinov al diseño de la fundición, a su orientación dentro del molde y al diseño del sistema de mazarotas.

Por ejemplo, al localizar las secciones de la fundición con menores relaciones V/A lejos de las mazarotas la solidificación aparecerá primero en estas regiones y el suministro de metal líquido para el resto de la fundición permanecerá abierto hasta que solidifiquen las secciones más voluminosas.

Otra forma de fomentar la solidificación direccional es usar enfriadores sumideros de calor internos o externos que causan un, enfriamiento rápido en ciertas regiones de la fundición.

Los enfriadores internos son pequeñas partes de metal colocadas dentro de la cavidad antes del vaciado, cuyo objetivo es que el metal fundido solidifiqué primero alrededor de estas partes. El refrigerante interno debe tener una composición química igual a la del metal que se vacía. Esto se logra fabricando el enfriador del mismo metal que la fundición.

El concepto de solidificación direccional se inició con los trabajos realizados, en 1960, por técnicos de la General Electric.

Después de vaciar el metal fundido en el molde, éste se enfría y solidifica. En esta sección examinaremos los mecanismos físicos de solidificación direccional que ocurren durante la fundición.

Solidificación de los metales

La solidificación involucra el regreso del metal fundido al estado sólido. El proceso de solidificación difiere, dependiendo de si el metal es un elemento puro o una aleación.

Metales puros. Un metal puro solidifica a una temperatura constante que constituye su punto de congelación o punto de fusión. Los puntos de fusión de los metales puros son bien conocidos. El proceso ocurre en un tiempo determinado como se muestra en la figura, conocida como curva de enfriamiento.

La solidificación real toma un tiempo llamado, tiempo local de solidificación, durante el cual el calor latente de fusión del metal escapa fuera del molde. El tiempo total de solidificación va desde el momento de vaciar el metal hasta su completa solidificación. Después que la fundición se ha solidificado completamente, el enfriamiento continúa a una velocidad indicada por la pendiente hacia debajo de la curva de enfriamiento.

Debido a la acción refrigerante de la pared del molde, se forma una delgada película inicial de metal sólido en la pared inmediatamente después del vaciado. El espesor de esta película aumenta para formar una costra alrededor del metal fundido que va creciendo hacia el centro de la cavidad conforme progresa la solidificación. La velocidad del enfriamiento depende del calor que se transfiere en el molde y de las propiedades térmicas del metal.

Es interesante examinar la formación del grano metálico y su crecimiento durante este proceso de:Solidificación direccional. El metal que forma la película inicial se ha enfriado rápidamente por la extracción de calor a través de la pared del molde. Esta acción de enfriamiento causa que los granos de la película sean finos, equiaxiales y orientados aleatoriamente. Al continuar el enfriamiento se forman más granos y el crecimiento ocurre en direcciones alejadas de la transferencia de calor.

Como el calor se transfiere a través de la costra y la pared del molde, los granos crecen hacia adentro como agujas o espinas de metal sólido. Al agrandarse estas espinas se forman ramas laterales que siguen creciendo y forman ramas adicionales en ángulos rectos con las primeras. Este tipo de crecimiento llamado crecimiento dendrítico del grano ocurre no solamente en la solidificación de los metales puros, sino también en la de las aleaciones. Estas estructuras tipo árbol se llevan a cabo en forma gradual durante el enfriamiento, al depositarse continuamente metal adicional en las dendritas hasta completar la solidificación. Los granos resultantes de este crecimiento dendrítico adoptan una orientación preferente y tienden a ser burdos y alinearse en forma de granos columnares hacia el centro de la fundición. La estructura granulada resultante se ilustra en la figura

Metalurgia de Polvos

Se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos.

En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se fabrica.

El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento. Existen productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten por las tolerancias que se logran con este método de fabricación.

El proceso de manera general consiste en:

1. Producción de polvo de los metales que serán utilizados en la pieza.2. Mezclado de los metales participantes.3. Conformado de las piezas por medio de prensas.4. Sinterizado de las piezas.5. Tratamientos térmicos

Diagrama para la producción de piezas por medio de polvos producción y caracterización de polvos

El tamaño, forma y distribución de los polvos afectan las características de las piezas a producir, por lo que se debe tener especial cuidado en la forma en la que se producen los polvos. Las principales características de los polvos a considerar son:

1. Forma 2. Finura3. Distribución 4. Capacidad para fluir 5. Propiedades químicas6. Compresibilidad 7. Densidad8. Propiedades de sinterización

Forma La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica. plana o angular.

Finura La finura se refiere al tamaño de la partícula, se mide por medio de mallas normalizadas, las que consisten en cribas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras.

Distribución de los tamaños de partículas Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.

Fluidez Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde. Se mide por una tasa de flujo a través de un orificio normalizado.

Propiedades químicas Son características de reacción ante diferentes elementos. También se relacionan con la pureza del polvo utilizado.

Compresibilidad Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida. Esta propiedad varia considerablemente en función del tamaño de las partículas de polvo y afecta directamente a resistencia de las piezas.

Densidad aparente Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.

Facilidad de sinterización La sinterización es la unión de las partículas por medio del calor. Dependerá del tipo de polvo que se esté utilizando, por lo que existen tantas temperaturas de sinterización como materiales utilizados.

Métodos para producir polvos

Todos los metales pueden producirse en forma de polvo, sin embargo no todos cumplen con las características necesarias para poder conformar una pieza. Los dos metales más utilizados para la producción de polvo para la fabricación de piezas son el cobre y el hierro. Como variaciones del cobre se utilizan el bronce para los cojinetes porosos y el latón para pequeñas piezas de máquinas. También se llegan a utilizar otros polvos de níquel, plata, tungsteno y aluminio.

Existen diferentes formas de producir polvos metalúrgicos dependiendo de las características físicas y químicas de los metales utilizados: Con maquinado se producen partículas gruesas y se usan principalmente para producir polvos de magnesio.

En el proceso de molido se tritura el material con molinos rotatorios de rodillos y por estampado rompiendo los metales, por este método los materiales frágiles pueden reducirse a partículas irregulares de cualquier finura.

El proceso de perdigonado consiste en vaciar metal fundido en un tamiz y enfriarlo dejándolo caer en agua. En este proceso se obtienen partículas esféricas o con forma de pera. La mayoría de los metales pueden perdigonarse, pero el tamaño de las partículas es demasiado grande.

La pulverización consiste en la aspersión del metal y su enfriamiento en aire o en agua. Es un excelente método para la producción de polvo de casi todos los metales de bajo punto de fusión como el plomo, aluminio, zinc y estaño.

Algunos metales pueden convertirse en polvo con una agitación rápida del metal mientras se está enfriando. Este proceso se le conoce como granulación.

Otro procedimiento para la producción de polvo de hierro, plata y algunos otros metales es el de depósito electrolítico. Consiste en la inmersión del metal a pulverizar, como ánodos, en tinas con un electrolito, los tanques actúan como cátodos, el hierro o metal a pulverizar se mueve de los ánodos hacia los cátodos depositándose como un polvo fino que puede posteriormente utilizarse con facilidad.

Ventajas y limitaciones del proceso de producción por la metalurgia de los polvos

Ventajas 1. La producción de carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de

capas moldeadas, sólo se puede producir por medio de este proceso. 2. Porosidad controlada 3. Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad4. Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden obtener también

piezas de alta pureza. 5. No hay pérdidas de material 6. No se requieren operarios con alta capacitación

Limitaciones

1. Los polvos son caros y difíciles de almacenar 2. El costo del equipo para la producción de los polvos es alto 3. Algunos productos pueden fabricarse por otros procedimientos más

económicamente 4. Es difícil hacer productos con diseños complicados5. Existen algunas dificultades térmicas en el proceso de sinterizado,

especialmente con los materiales de bajo punto de fusión. 6. Algunos polvos de granos finos presentan riesgo de explosión, como

aluminio, magnesio, zirconio y titanio.7. Es difícil fabricar productos uniformes de alta densidad.

Algunos productos fabricados por este procedimiento

Filtros metálicos Carburos cementados Engranes y rotores para bombas Escobillas para motores Cojinetes porosos Magnetos Contactos eléctricos

Acondicionamiento del polvo:

Una vez obtenido el polvo metálico, es necesario añadir algunos elementos acondicionadores para que se pueda trabajar correctamente. Los principales a condicionantes son:

Lubricantes: tienen como función reducir la fricción entre las partículas de polvo y de estas con las paredes de la matriz durante la fase de compactado.

Los aglutinantes: Se agregan para mejorar la unión de las partículas después del compactado, mejorando la resistencia a la manipulación de la "pieza en verde" o cruda.

Bibliografía:

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Metalurgia General, Volumen 2, Escrito por F. R. Morral, Emilio Jimeno, P. Molera, Editorial Reverté, S.A.

Fundamentos de Manufactura Moderna: Materiales, Procesos Y Sistemas, Escrito por Mikell P. Groover, Pearson Prentice Hall