Proceso de fundición de una superaleación IN939 para la fabricación de una turbina

OBJETIVO Conocer de forma general el proceso de fundición de una superaleación base níquel para la elaboración de una turbina utilizada en algunos modelos de la industria aeronáutica.

Generalidades Las superaleaciones son aleaciones que presentan excelentes propiedades aun estando sometidas a altas temperaturas. las superaleaciones pueden ser base níquel, hierro, cobalto e incluso combinaciones de estos elementos como en el caso de las superaleaciones INCONEL. Estas superaleaciones se destacan principalmente por su resistencia a la corrosión y por la resistencia a cambiar sus propiedades a altas temperaturas.

Las superaleaciones son muy utilizadas en los campos aeronáutico y aeroespacial. Estas superaleaciones generalmente son fundidas mediante moldeo por inversión o cera perdida y fundición con poliestireno expandido.

Aleación Ni Cr Co Fe C Mo Al Ti Nb Ta W IN 718 Base 19.00 18.50 0.05 3.00 0.50 0.95 5.10 Waspalloy 19.50 13.50 2.00 0.10 4.30 1.25 RS5 16.00 10.00 0.08 4.80 1.00 2.70 1.50 RENE 220 12.00 0.03 3.20 5.00 IN 939 22.50 0.15 1.90 3.70 1.40

IN 939 vs. IN 718 La IN 939 alcanza mayores temperaturas sin alterar sus propiedades. Durante la soldadura de una pieza fabricada con IN 939 se presenta agrietamiento debido a esfuerzos térmicos. Es mas costosa la soldadura de la IN 939 ya que es soldadura por láser para evitar el agrietamiento. La 718 adquiere al solidificarse una dureza particular gracias a la precipitación de cristales.

Diseño con la superaleación 939 Estas son las razones de mayor peso para la selección del material para el diseño de la turbina:

Moldeo por inversión de la IN 939 Características: Realiza piezas en una sola operación con un mínimo de gasto de material y de energía. Las piezas no necesitan un maquinado posterior. Puede fabricar cualquier pieza complicada y de cualquier tamaño. Los materiales mas duros de trabajar son los primeros candidatos para este tipo de fundición.

Proceso del moldeo por inversión En una caja refractaria se mete el modelo hecho en cera. La caja se calienta de manera que la cera se derrite y plasma el molde en la caja. Luego, entra la superaleación fundida y llena la cavidad, formándose así la pieza. Por ultimo se rompe la caja refractaria dejando solo la pieza fundida.

Ventajas del moldeo por inversión Fabricación de piezas de cualquier forma, tamaño y material. Excelente tolerancias. No requiere posicionamiento de la pieza ni salidas para desmoldeo. Uniformidad en las piezas. Económicamente rentable para una gran cantidad de piezas.

Fundición con poliestireno expandido Es muy similar al proceso anterior, solo que aquí se utiliza arena refractaria compactada en vez de una caja refractaria.

Proceso de fundición con poliestireno expandido Se obtienen los modelos de poliestireno revisando muy bien que no tengan defectos que se reproducirán en las piezas. Se recubre el modelo con arena refractaria compactada. Se vacía la superaleación en la arena, y la temperatura de esta hace que el poliestireno se evapore. El material llena la cavidad y toma la forma de la pieza.

Ventajas de la fundición con poliestireno expandido Evita el almacenamiento de modelos no permanentes. Permite obtener tolerancia que se ajustan bien a las requeridas. Permite el reciclaje de la arena ya utilizada. No es necesaria la utilización de machos. Los modelos se pueden fabricar uniendo parte mas sencillas. Mejor acabado superficial que la fundición en arena. Libertad de diseño.

conclusiones Aunque es menos económica, la superaleación IN 939 se acomoda casi perfectamente a los requerimientos de la turbina. Preferimos el moldeo por inversión a el de poliestireno expandido debido a que esta aplicación demanda una gran precisión que la segunda no nos puede brindar comparada con la primera. No siempre la mejor alternativa económica es la que mas conviene a la hora de realizar un diseño, pues hay otros factores que pesan mas que el económico.