Inconel 718: El manual técnico completo sobre composición química y propiedades físicas

Introducción: Una superaleación crítica

El Inconel 718 es un material de primera calidad en el sector de los metales de alto rendimiento. Pertenece a la familia de las superaleaciones de níquel-cromo y se conoce con los nombres UNS N07718 y aleación de níquel 718.

Esta aleación fue diseñada para los entornos más exigentes. Destaca por su resistencia a altas temperaturas, su resistencia a la corrosión y su gran capacidad de soldadura en comparación con otros materiales de resistencia similar.

Estas cualidades la hacen esencial en industrias importantes. La aleación se utiliza en piezas aeroespaciales, motores de turbinas de gas, reactores nucleares y equipos de petróleo y gas, donde el fallo es inevitable.

Este manual ofrece un análisis técnico completo. Analizaremos su composición química exacta, las propiedades del material resultante de esta mezcla y sus implicaciones para los ingenieros, diseñadores y fabricantes que dependen de esta extraordinaria superaleación.

El plan de la fuerza

El asombroso rendimiento del Inconel 718 no es casualidad. Su potencia proviene de una composición química cuidadosamente equilibrada, donde cada elemento cumple una función importante.

La forma en que la base de níquel-hierro-cromo trabaja con elementos de refuerzo clave la transforma de una simple aleación en una verdadera superaleación.

Desglose de la composición (AMS 5662/5663)

La composición del Inconel 718 cumple con estrictas normas como AMS 5662 y AMS 5663. Esto garantiza su óptimo rendimiento en todo momento.

Elemento	Símbolo	Porcentaje de peso (%)
Níquel	Ni	50.0 - 55.0
Cromo	Cr	17.0 - 21.0
Niobio (+ Tantalio)	Nb (+ Ta)	4,75 - 5,50
Molibdeno	Mes	2.80 - 3.30
Hierro	Fe	Balance
Titanio	Ti	0,65 - 1,15
Aluminio	Alabama	0,20 - 0,80
Cobalto	Co	1.0 máximo
Carbón	do	0,08 máximo
Manganeso	Minnesota	0,35 máximo
Silicio	Si	0,35 máximo
Fósforo	PAG	0,015 máximo
Azufre	S	0,015 máximo
Boro	B	0,006 máximo
Cobre	Cu	0,30 máximo

Papel de los elementos clave

Cada elemento de la composición de Inconel 718 tiene un propósito específico.

El níquel constituye la base de la aleación. Crea una matriz estable y flexible que se mantiene firme a altas temperaturas y resiste diversos tipos de corrosión.

El cromo protege la aleación de ambientes hostiles. Este elemento forma una fina capa de óxido en la superficie que protege el metal de la oxidación y la corrosión cuando se calienta.

El niobio es el elemento de refuerzo más importante del Inconel 718. Cuando se trata térmicamente, se une al níquel para formar pequeñas partículas que le dan a la aleación su asombrosa resistencia.

El molibdeno fortalece la estructura básica. También ayuda a la aleación a combatir la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en entornos con altos niveles de cloruros.

El hierro compone el resto de la mezcla. Trabaja con el níquel y el cromo para formar la estructura básica y ayuda a reducir los costos sin afectar el rendimiento.

El mecanismo de fortalecimiento

La alta resistencia del Inconel 718 se debe a un proceso llamado endurecimiento por precipitación. Aquí es donde su metalurgia especial realmente destaca.

Durante un ciclo específico de tratamiento térmico, se forman diminutas partículas en toda la aleación. Estas actúan como barreras microscópicas que impiden la deformación del metal.

La principal fase de refuerzo es la gamma doble prima, con la fórmula Ni₃Nb. Esta fase se integra perfectamente en la estructura del metal y es la que confiere a la aleación su alta resistencia hasta aproximadamente 650 °C (1200 °F).

También se forma una segunda fase de fortalecimiento, gamma prime. Si bien no es tan potente como la gamma double prime, ayuda a mantener la resistencia a temperaturas más altas.

La combinación de estas fases se controla cuidadosamente mediante el proceso de tratamiento térmico. Por ello, los estudios recientes sobre su microestructura son fundamentales para obtener el máximo rendimiento de las piezas fabricadas con esta aleación.

Traduciendo la composición a la interpretación

La composición química de la aleación crea directamente un conjunto de propiedades de primera clase para el Inconel 718. Los ingenieros utilizan estas características medibles al diseñar, analizar y seleccionar materiales para aplicaciones importantes.

Esta tabla muestra las propiedades típicas del Inconel 718 tratado térmicamente.

Propiedad	Valor métrico	Valor imperial
Densidad	8,19 g/cm³	0,296 lb/pulgada³
Rango de fusión	1260 - 1336 °C	2300 - 2437 °F
Resistencia a la tracción (mín.)	1275 MPa	185 ksi
Límite elástico (0,2 % de compensación, mín.)	1034 MPa	150 ksi
Alargamiento (mín.)	12%	12%
Dureza (típica)	~36 HRC / ~331 HBW	~36 HRC / ~331 HBW
Conductividad térmica (a 100 °C)	11,4 W/m·K	6,58 BTU·pulgada/hora·pie²·°F
Coeficiente de expansión térmica (20-100 °C)	13,0 µm/m·°C	7,2 µpulgada/pulgada·°F

Propiedades mecánicas

La característica destacada de Inconel 718 es su resistencia mecánica, que se mantiene alta en un amplio rango de temperaturas.

La resistencia a la tracción y a la fluencia son extremadamente altas para una aleación de níquel. La impresionante resistencia a la fluencia del Inconel 718, generalmente superior a 1034 MPa (150 ksi), proviene directamente de esas diminutas partículas de doble prima gamma.

La dureza típica del Inconel 718 ronda los 36 HRC tras el tratamiento térmico completo. Esta alta dureza proporciona una excelente resistencia al desgaste, pero dificulta el mecanizado de la aleación.

Su resistencia a la fluencia y a la fatiga es notable. Las partículas estables fijan eficazmente la estructura del metal, lo que lo hace fiable para el hilado de piezas en turbinas sometidas a altas tensiones a temperaturas de hasta 650 °C (1200 °F).

Propiedades térmicas

Las características térmicas del Inconel 718 son de gran importancia tanto para el diseño como para la fabricación.

La conductividad térmica del Inconel 718 es bastante baja. Esto tiene dos caras. Si bien es útil para contener el calor en dispositivos como las cámaras de combustión, implica que el calor del mecanizado no se propaga rápidamente, lo que produce herramientas de corte muy calientes que se desgastan rápidamente.

Su tasa de expansión térmica es predecible y funciona bien con muchos aceros y otras aleaciones de alta temperatura. Esta previsibilidad es vital para piezas de máquinas complejas, como motores a reacción, que se calientan y enfrían considerablemente durante el uso.

Resistencia a la corrosión

Gracias a su alto contenido de níquel y cromo, Inconel 718 combate la corrosión en muchos entornos diferentes.

Resiste la oxidación y la corrosión en los gases calientes presentes en turbinas y motores a reacción. El cromo proporciona una fuerte protección contra la oxidación a alta temperatura.

Esta aleación es especialmente valiosa porque no se agrieta tras la soldadura, un problema común en otras aleaciones de alta resistencia. Además, resiste bien la corrosión bajo tensión causada por cloruros, lo que la hace ideal para ciertos usos en procesos marinos y químicos.

Implicaciones prácticas

Comprender los datos es una cosa; aplicar ese conocimiento en la vida real es otra. Las propiedades del Inconel 718 tienen efectos directos e importantes en su fabricación y uso.

El desafío de la maquinabilidad

En el mundo real de la fabricación, el Inconel 718 es conocido por su dificultad para mecanizar. Esta dificultad se debe directamente a sus atractivas propiedades.

La aleación se mantiene fuerte y dura incluso a las altas temperaturas generadas en el filo de la herramienta de corte. Su mala conducción del calor concentra el calor en el punto de corte y tiende a endurecerse a medida que se trabaja, creando una superficie aún más resistente para el siguiente corte.

Para mecanizar correctamente esta aleación, se necesita una configuración sólida. Recomendamos las siguientes prácticas:
* Utilice máquinas herramientas fuertes y rígidas para reducir la vibración.
* Trabaje a bajas velocidades de corte, pero mantenga velocidades de avance altas y constantes para mantenerse por delante de la zona endurecida.
* Utilice abundante refrigerante a alta presión para controlar el calor y eliminar las virutas.
* Cuando sea posible, realice un mecanizado aproximado antes del tratamiento térmico de endurecimiento final.

Se están realizando investigaciones sobre procesos de fabricación avanzados, intentando crear piezas que necesiten un mecanizado mínimo posterior.

Aplicaciones críticas

La combinación única de resistencia, resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión hace que Inconel 718 sea el material ideal para piezas donde el rendimiento y la confiabilidad son esenciales.

• Industria aeroespacial y turbinas de gas: Es la aleación esencial para motores a reacción y componentes de turbinas de gas terrestres. Esto incluye piezas críticas como discos de turbina, álabes, ejes, carcasas y fijaciones de alta resistencia.

• Industria del petróleo y el gas: En equipos de fondo de pozo y de boca de pozo, Inconel 718 proporciona la resistencia y la resistencia a la corrosión necesarias para manejar gas agrio (H₂S) y entornos de alta presión.

• Generación de energía nuclear y eléctrica: Su resistencia y resistencia a la corrosión por agua lo hacen ideal para piezas de núcleos de reactores, barras de control, instrumentos y componentes de generadores de vapor en plantas de energía nuclear.

• Herramientas y criogenia: La aleación también se utiliza para pernos de alta resistencia, tanques de almacenamiento criogénico y componentes en cohetes, donde mantiene excelentes propiedades a temperaturas extremadamente bajas.

Conclusión: una solución de ingeniería

La composición del Inconel 718 muestra un brillante diseño metalúrgico. El cuidadoso equilibrio de níquel, cromo, hierro y, especialmente, niobio, crea un material que supera los límites del rendimiento.

Su capacidad de endurecimiento por precipitación le permite ofrecer una combinación de alta resistencia a la tracción, resistencia a la fluencia y soldabilidad que pocos materiales pueden igualar. Esto lo hace esencial para las industrias que definen la tecnología moderna.

Si bien comparte una conexión familiar con otras aleaciones de níquel, como el Inconel 625, altamente resistente a la corrosión, el singular mecanismo de refuerzo del Inconel 718 le confiere un papel esencial. Para ingenieros y diseñadores que se enfrentan a temperaturas extremas y cargas mecánicas elevadas, comprender la composición y las propiedades del UNS N07718 no solo es útil, sino fundamental.