718 frente a 718H: Composición, tratamiento térmico, propiedades y aplicaciones

Introducción

La aleación 718 y su variante 718H se utilizan ampliamente en componentes de alto rendimiento para las industrias aeroespacial, de generación de energía y petroquímica. Los ingenieros y profesionales de compras se enfrentan habitualmente a la disyuntiva de elegir entre ellas: optimizar la resistencia y la resistencia a la fluencia a altas temperaturas frente a maximizar la soldabilidad, la tenacidad y la rentabilidad. Algunos contextos típicos de decisión incluyen piezas giratorias que requieren resistencia a la fatiga, pernos y elementos de fijación expuestos a altas temperaturas y conjuntos soldados donde el tratamiento térmico posterior a la soldadura está limitado.

La principal diferencia práctica entre el acero 718 y el 718H radica en sus condiciones metalúrgicas y rango de tratamiento térmico: el 718H está diseñado para ofrecer mayor estabilidad y resistencia a la fluencia bajo exposición prolongada a altas temperaturas mediante un control químico y un tratamiento térmico preciso, mientras que el 718 estándar está optimizado para un endurecimiento por envejecimiento máximo y un equilibrio entre las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y la facilidad de mecanizado. Dado que ambos grados comparten el mismo sistema de aleación base (Ni-Cr-Fe con Nb/Ta, Mo, Ti y Al), se suelen comparar cuando un diseño requiere evaluar la resistencia a altas temperaturas a largo plazo, la reparación de soldaduras y las estrategias de postprocesamiento.

1. Normas y designaciones

Las especificaciones comunes y las designaciones de la industria para los productos de la familia Alloy 718 incluyen documentos internacionales y nacionales utilizados por fabricantes y compradores:

• Especificaciones de estilo AMS/SAE/ASTM (utilizadas en las cadenas de suministro aeroespaciales e industriales).
• Equivalentes EN/DIN para aleaciones de níquel en Europa.
• Normas JIS para proveedores japoneses.
• Serie GB/T para la producción y adquisición chinas.

Clasificación: Las aleaciones 718 y 718H son superaleaciones de níquel endurecidas por precipitación (no son aceros al carbono, aceros para herramientas ni HSLA). Se especifican habitualmente para barras, placas, forjados y productos soldados.

2. Composición química y estrategia de aleación

La familia de aleaciones 718 es una matriz de Ni-Cr-Fe reforzada principalmente por la precipitación de fases intermetálicas ordenadas ($\gamma''$ y $\gamma'$) y carburos/boruros de microaleación controlados. A continuación se muestra una composición química típica (rangos nominales, % en peso) de la aleación 718 estándar; cabe señalar que los límites exactos dependen de la especificación correspondiente.

Elemento	Composición típica (aleación 718, % en peso)	Notas sobre 718H
do	0,03 – 0,08	El 718H suele tener un control más estricto; se puede permitir un pequeño aumento de C para mejorar la estabilidad de la fluencia/carburo.
Minnesota	≤ 0,35	Baja para minimizar las fases perjudiciales
Si	≤ 0,35	Desoxidación; limitada al control de la fusión y las inclusiones.
PAG	≤ 0,015	Se mantiene bajo para preservar la ductilidad y la resistencia a la corrosión.
S	≤ 0,015	Mantener a baja temperatura para evitar el agrietamiento por sobrecalentamiento.
Cr	17.0 – 21.0	Proporciona resistencia a la oxidación y la corrosión.
Ni	50,0 – 55,0	elemento principal de la matriz
Mes	2.8 – 3.3	Fortalecimiento de la solución sólida
V	rastro	No es una adición deliberada en la norma 718
Nb (+Ta)	4,75 – 5,5 (Nb+Ta)	Clave para el fortalecimiento de la precipitación $\gamma''$
Ti	0,65 – 1,15	Contribuye a la formación de $\gamma'$ y $\gamma''$
B	≤ 0,006	Las adiciones de oligoelementos mejoran la resistencia de los límites de grano; el 718H puede controlar B para la fluencia.
norte	rastro	niveles bajos controlados

Estrategia de aleación: El alto contenido de Ni proporciona una matriz dúctil con resistencia a la corrosión; Cr, Mo y Fe equilibran la oxidación y la resistencia; Nb/Ta, Ti y Al permiten el endurecimiento por precipitación (el γ''Ni₃Nb es la principal fase endurecedora). Las trazas de B y C se unen en los límites de grano para influir en el comportamiento de fluencia y rotura. La variante 718H no es una aleación fundamentalmente diferente, sino una variante específica con una composición química y un tratamiento térmico optimizados para la estabilidad a largo plazo a altas temperaturas y la fluencia.

3. Microestructura y respuesta al tratamiento térmico

Microestructura típica (tal como se procesa) - Matriz: cúbica centrada en las caras (FCC) $\gamma$ (solución sólida Ni–Fe–Cr). - Fortalecimiento de precipitados: plaquetas coherentes $\gamma''$ (Ni3Nb) y partículas esféricas/ordenadas $\gamma'$ (Ni3(Al,Ti)). - Segundas fases: carburos MC (carburos de Nb/Ti), fases de límite de grano (boruros, carburos) y posibles precipitados de $\delta$ (Ni3Nb) bajo ciertas historias térmicas.

respuesta al tratamiento térmico Tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento: El acero estándar 718 se somete a un tratamiento térmico de solubilización (normalmente entre 980 y 1066 °C, según la forma del producto) para disolver los precipitados existentes, seguido de un doble envejecimiento controlado para precipitar γ'' y γ', lo que produce una resistencia máxima. El envejecimiento máximo proporciona el máximo límite elástico y la máxima resistencia a la tracción, pero puede dejar cierta susceptibilidad a la formación de precipitados en los límites de grano, dependiendo del historial térmico. - Práctica 718H: La aleación 718H se centra en los programas de recocido de solubilización y envejecimiento que minimizan la formación de fases δ gruesas y frágiles o intergranulares, a la vez que promueven una distribución estable de precipitados finos de refuerzo para la fluencia a largo plazo. La variante H puede emplear diferentes temperaturas o tiempos de solubilización y un control químico más estricto (C, B) para priorizar la estabilidad a largo plazo sobre la dureza máxima. - Procesamiento termomecánico: La forja y el enfriamiento controlado influyen en el tamaño del grano y la distribución de carburos/boruros; el 718H a menudo se beneficia de un procesamiento que reduce los precipitados perjudiciales en los límites de grano para mejorar la vida útil a la fluencia.

4. Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de la familia 718 dependen en gran medida del tratamiento térmico y de la forma del producto. La tabla siguiente compara tendencias funcionales en lugar de valores fijos individuales.

Propiedad	Aleación 718 (condición típica de envejecimiento máximo)	Aleación 718H (condición H para estabilidad a temperaturas elevadas)
Resistencia a la tracción	Muy alta tras el envejecimiento máximo (optimizada para cargas estáticas y de fatiga a temperaturas moderadas)	Comparable a temperaturas elevadas; diseñado para una resistencia superior a la tracción/fluencia a largo plazo
Fuerza de fluencia	Alto en condiciones de máxima edad	Temperaturas de servicio a largo plazo similares o ligeramente superiores debido a la estabilidad de la microestructura.
Alargamiento (ductilidad)	Buena ductilidad a temperatura ambiente	La ductilidad a temperatura ambiente se reduce ligeramente en algunas especificaciones H debido al control de carburos/precipitados.
resistencia al impacto	Generalmente buena cuando se añeja y se trata térmicamente de forma adecuada.	Puede ser ligeramente inferior si la microestructura está optimizada para la fluencia (compensación).
Dureza	Alto (endurecimiento por edad)	Similar o ligeramente superior según el programa de envejecimiento; diseñado para la estabilidad bajo exposición térmica.

¿Por qué surgen las diferencias? El acero 718 alcanza una alta resistencia mediante la precipitación de partículas finas de γ'' y γ'. El tratamiento térmico y las tolerancias de composición del acero 718H priorizan la estabilidad del precipitado y la química de los límites de grano, de modo que la resistencia y la ductilidad se conservan durante exposiciones prolongadas a temperaturas elevadas, lo que puede afectar ligeramente los parámetros mecánicos máximos a corto plazo.

5. Soldabilidad

La soldabilidad depende de la composición, los ciclos térmicos y la susceptibilidad al agrietamiento.

• Equivalente de carbono y efectos de aleación: Las aleaciones a base de níquel son más soldables que muchos aceros de alta resistencia, pero la aleación 718 puede ser susceptible al agrietamiento por licuación en la zona afectada por el calor y al agrietamiento por envejecimiento por deformación si no se trata adecuadamente después de la soldadura.
• Al evaluar la soldabilidad de las aleaciones de níquel, fórmulas como el equivalente de carbono IIW y $P_{cm}$ están adaptadas a los aceros; sin embargo, las siguientes son útiles en la interpretación cualitativa y en contextos de metales mixtos: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Interpretación: Los altos niveles de Nb, Ti y elementos minoritarios aumentan la templabilidad de la aleación y su propensión a la solidificación o al agrietamiento por deformación-envejecimiento bajo ciclos térmicos rápidos. Por lo tanto:
• El precalentamiento, las temperaturas controladas entre pasadas y la metalurgia de aporte adecuada son prácticas estándar.
• El recocido de solubilización y el envejecimiento posteriores a la soldadura suelen ser necesarios para restaurar la integridad mecánica y contra la corrosión.
• El acero 718H, debido a que está especificado para un servicio prolongado a temperaturas elevadas, a menudo requiere procedimientos de soldadura más estrictos y un tratamiento térmico posterior a la soldadura completo para lograr las propiedades de fluencia y ruptura diseñadas.

6. Corrosión y protección de superficies

• La aleación 718 es inherentemente resistente a la corrosión y la oxidación en muchos entornos debido a su alto contenido de Ni y Cr. Para aplicaciones no corrosivas o para su uso en entornos agresivos, se pueden aplicar tratamientos superficiales adicionales.
• Para los análogos del índice de acero inoxidable, las aleaciones se evalúan con medidas como el PREN para aceros inoxidables: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ pero PREN no tiene sentido para las superaleaciones a base de níquel, donde el Ni domina y el Nb/Ti/Mo tienen funciones diferentes.
• Protección de la superficie: Para las piezas de la familia 718, las prácticas comunes incluyen recubrimientos protectores (recubrimientos de barrera térmica para altas temperaturas), granallado para mejorar la vida útil a la fatiga y un control estricto del acabado de la superficie; la galvanización o la pintura simple son poco comunes para las aleaciones de níquel de alta temperatura.

7. Fabricación, maquinabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: La aleación 718 presenta una dificultad moderada para su mecanizado debido a su tendencia al endurecimiento por deformación y su alta resistencia; se recomienda el uso de herramientas de carburo, ángulos de ataque positivos y avances controlados. La aleación 718H, con una composición química similar, presenta exigencias de mecanizado parecidas; es posible que se deban ajustar los parámetros de mecanizado para evitar el revenido o el ablandamiento parcial.
• Conformabilidad: La conformación en frío es limitada; la forja en caliente y el trabajo en caliente controlado son la norma para componentes de gran tamaño. El acero 718H puede requerir un historial térmico específico para evitar la fragilización por precipitados gruesos.
• Acabado: Son comunes las técnicas de rectificado, electroerosión y alivio de tensiones superficiales. El tratamiento térmico posterior al proceso (solubilización + envejecimiento) suele ser obligatorio tras un procesamiento térmico o mecánico significativo, especialmente para piezas de acero 718H destinadas a servicio a fluencia.

8. Aplicaciones típicas

Aleación 718	Aleación 718H
Ejes de turbina, discos y elementos de fijación donde se requiere alta resistencia y resistencia a la fatiga	Pernos, válvulas y componentes de turbinas de gas de alta temperatura diseñados para una larga vida útil ante la fluencia
Componentes de motores a reacción y carcasas de rotores (donde se aprovechan las propiedades de envejecimiento óptimo)	Componentes destinados a una exposición prolongada cerca de los límites de temperatura de la aleación, donde la estabilidad de la microestructura es fundamental.
Piezas estructurales criogénicas y a temperatura ambiente donde se requiere resistencia y tenacidad combinadas	Componentes sometidos a presión en plantas de generación de energía y petroquímicas donde la vida útil a la rotura por fluencia es prioritaria.

Criterios de selección: Elija el acero inoxidable 718 estándar cuando la máxima dureza por envejecimiento, la tenacidad a temperatura ambiente y la facilidad de fabricación sean primordiales. Elija el acero inoxidable 718H cuando la vida útil a temperaturas elevadas, la mínima degradación de las propiedades bajo exposición térmica y la resistencia a la fluencia a largo plazo garantizada sean los factores determinantes.

9. Costo y disponibilidad

• Coste relativo: Ambas variantes se basan en la misma aleación base y utilizan los mismos procesos de fabricación; las diferencias de coste suelen ser modestas y dependen de la rigurosidad de las especificaciones, la forma del producto y los requisitos de tratamiento térmico e inspección. Las piezas de 718H pueden ser más caras debido a tolerancias químicas más estrictas y a un tratamiento térmico y pruebas más exigentes.
• Disponibilidad: La aleación 718 es una de las superaleaciones de níquel más disponibles en todo el mundo; la 718H también es común, pero puede requerir pedidos según una especificación H específica o a través de proveedores especializados para componentes críticos.

10. Resumen y recomendación

Criterios	Aleación 718	Aleación 718H
soldabilidad	Con el procedimiento adecuado, funciona bien; normalmente se requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura.	Requiere un control de soldadura más estricto y un tratamiento térmico posterior a la soldadura completo para cumplir con los requisitos de fluencia.
Resistencia-Tenacidad	Excelente resistencia máxima y buena tenacidad tras un envejecimiento estándar.	Optimizado para una resistencia a largo plazo a temperatura ambiente; puede sacrificar algo de tenacidad a corto plazo.
Costo	Ampliamente disponible; costo base	Ligero recargo por una química/procesamiento más riguroso para una mayor estabilidad a la fluencia.

Recomendación - Elija la aleación 718 si las necesidades principales son alta resistencia estática y a la fatiga, buena tenacidad a temperatura ambiente y respuesta estándar al endurecimiento por envejecimiento, permitiéndose la soldadura convencional y el tratamiento térmico posterior a la soldadura. - Elija la aleación 718H si el componente debe mantener su resistencia y resistir la fluencia/rotura durante exposiciones prolongadas a temperaturas elevadas y donde se requiere un control a nivel de especificación (química, ciclos de solución/envejecimiento) para garantizar la estabilidad microestructural durante la vida útil.

Nota final: Debido a la alta sensibilidad al proceso de fabricación de la familia 718, las especificaciones de adquisición deben indicar la forma exacta del producto, los ciclos de tratamiento térmico/envejecimiento y los criterios de aceptación (p. ej., resistencia a la tracción, a la fluencia, dureza, microestructura) necesarios para el servicio previsto. Consulte la especificación del material y al metalúrgico del proveedor al seleccionar entre 718 y 718H para componentes críticos.