6.2 Superaleaciones base níquel y cobalto.

Las superaleaciones contienen grandes cantidades de elementos de aleación con el fin de producir una combinación de alta resistencia a altas temperaturas, resistencia a la termofluencia a temperaturas superiores a los 1000°C, y resistencia a la corrosión. Sin embargo, estas propiedades a elevadas temperaturas se obtienen para temperaturas de fusión de las aleaciones del mismo orden que las correspondientes a los aceros al carbono.
Hay tres categorías de superaleaciones, base níquel, hierro y cobalto, denominados según las casas comerciales que las patentaron. Las aplicaciones típicas responden a la necesidad de soportar grandes esfuerzos a elevadas temperaturas, por ello se aplican en álabes de turbomáquinas, intercambiadores de calor, elementos para recipientes de reacciones químicas y equipos para el tratamiento térmico de aleaciones. La figura 13.34 muestra el efecto de la temperatura en las propiedades de carga de rotura.

Figura 13.34. Comportamiento de la tensión hasta rotura de superaleaciones a 650 y 1100°C.

 

Con el fin de obtener altas resistencias en frío y a elevadas temperaturas, los elementos de aleación deben producir un endurecimiento y una microestructura del material estable a estas temperaturas. Los procesos de endurecimiento generalmente empleados en estas aleaciones son: endurecimiento por solución sólida, endurecimiento por dispersión de carburos, y endurecimiento por precipitación.
Endurecimiento por solución sólida. Grandes adiciones de cromo, molibdeno y volframio, y pequeñas adiciones de tántalo, circonio, niobio y boro proporcionan un endurecimiento por solución sólida. Puesto que durante el calentamiento no ocurren procesos de ablandamiento, los efectos del endurecimiento resultan bastante estables, actuando los bordes de grano como frenos al avance de las dislocaciones. En consecuencia, esto hace a la aleación resistente a la termofluencia.
Endurecimiento por dispersión de carburos. Todas las aleaciones, aunque no se haya especificado en su composición química, contienen pequeñas cantidades de carbono, el cual, en combinación con otros elementos de aleación, produce una red de finas partículas de carburo muy estables. Estos carburos, tales como el TiC, BC, ZrC, TaC, Cr7C3, Cr23C6, Mo6C y W6C, que tienen una extraordinaria dureza. La estelita 6B, superaleación base cobalto, posee una elevada resistencia al desgaste y a la erosión a altas temperaturas debido a estos carburos.
Endurecimiento por precipitación. Algunas de las superaleaciones de níquel y de Fe-Ni que contienen Al y Ti forman precipitados endurecedores, coherentes con la matriz, del tipo g' (Ni3Al o bien Ni3Ti), durante el envejecimiento, que aumentan en gran medida la resistencia de la aleación, sobre todo a elevada temperatura.