Quizás haya escuchado que la pulvimetalurgia (PM) se aplica ampliamente en la industria mecánica.
Pero ¿sabes algo sobre? ¿Aplicaciones de la pulvimetalurgia en la industria aeroespacial?
La PM permite fabricar materiales de alto rendimiento y producir en masa piezas complejas con una forma casi final. Esto es precisamente lo que necesitan las aplicaciones aeroespaciales.
Contenido
Materiales de pulvimetalurgia en la industria aeroespacial
Superaleaciones (aleaciones de alto rendimiento)
¿Conoces las superaleaciones? Las superaleaciones son materiales de aleación con puntos de fusión relativamente altos, generalmente basados en cobalto o níquel. Según un estudio de la Universidad de Cambridge, las superaleaciones pueden operar a temperaturas aproximadamente 0.7 veces superiores a su punto de fusión. Esto las hace ampliamente utilizadas en aplicaciones aeronáuticas, aeroespaciales y médicas.
Superaleaciones a base de níquel
Las superaleaciones a base de níquel son uno de los materiales más importantes en los motores aeronáuticos por las siguientes razones:
- Resistencia a altas temperaturas
- Excelente resistencia a la corrosión
- Buen rendimiento ante la fatiga
Se utiliza principalmente para la fabricación de discos y álabes de turbinas, entre otros. Mediante la tecnología de pulvimetalurgia, se puede mejorar la pureza y uniformidad de las aleaciones a base de níquel. Además, puede reducir el contenido de oxígeno y las impurezas, y aumentar la resistencia y la tenacidad de las piezas sinterizadas.
Los métodos de producción comunes para polvos de aleación de alto rendimiento a base de níquel son:
- atomización de gases (GA)
- Atomización de gas de fusión por inducción de electrodos (EIGA)
- Proceso de electrodo rotatorio de plasma (PREP)
Por ejemplo, el Inconel 625 es ideal para sistemas de tuberías de aeronaves y sistemas de inversión de empuje de motores. El INCONEL 718 se utiliza en componentes de cohetes de combustible líquido y piezas de motores de aeronaves gracias a su facilidad de fabricación, asequibilidad y buenas propiedades.
superaleación a base de cobalto
La superaleación a base de cobalto es otro material comúnmente utilizado en la industria aeroespacial. Desempeña un papel importante en la fabricación de motores de turbina, turbinas de gas y otros componentes.
En comparación con las superaleaciones a base de níquel, las superaleaciones a base de cobalto tienen una temperatura de fusión más alta, la mayoría de las cuales superan los 1300 °C. Además, ofrecen mayor resistencia a la corrosión a altas temperaturas y mayor durabilidad. Por ello, se emplean en los álabes guía de los motores de aviación para evitar fallos a altas temperaturas.
La siguiente tabla muestra la aplicación de otras superaleaciones de pulvimetalurgia en motores aeronáuticos.
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Modelo de materiales |
Modelo del motor |
Partes |
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EN 100 |
F100-PW-100 |
Anillo de cubierta del compresor Disco de turbina Anillo de cubierta de turbina Integrate |
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F119-PW-100 |
Rotor de palas (IBR) para las etapas 6 a 9 |
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Rene95 |
F101-GE-100 |
Eje del compresor alto-bajo |
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F101-GE-100 |
Disco de turbina de alta presión |
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F404-GE-400 |
Compresor de alta presión Turbina de alta y baja presión |
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T700-GE-700 |
Disco de turbina |
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Rene88DT |
F101-GE-129 |
Turbina de disco compresor |
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CF6-80E |
Disco de turbina de alta presión |
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CFM56-5C2 |
Turbina de alta presión |
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GE90 |
Disco compresor de 9.ª etapa |
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U720 |
T800 T406 |
Compresor de décima etapa |
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ME3 |
GP720 |
Disco de turbina |
Aleaciones de titanio
El titanio y las aleaciones de titanio, como Ti-6Al-4V, se utilizan ampliamente
en aplicaciones aeroespaciales debido a las siguientes propiedades:
- Excelente relación resistencia-peso
- Resistencia a la corrosión
- Capacidad de alta temperatura
Las aleaciones de titanio son excelentes para la fabricación de discos de compresores, álabes e instrumentos de navegación en ventiladores y compresores de motores de aeronaves. El titanio puede reducir significativamente el peso del motor al sustituir el acero, lo que permite mejorar la relación empuje-peso del motor.
Compuesto de matriz metálica (MMC)
MMC es un material compuesto de metal y cerámica.
El MMC de Al/SiC tiene una resistencia y rigidez específicas superiores en comparación con metales tradicionales como el acero o el titanio.
Presenta una mayor estabilidad térmica, lo cual es importante para aplicaciones de alta temperatura en álabes de turbinas de aeronaves. Además, el MMC ofrece una mayor resistencia a la fatiga, lo que reduce la posibilidad de fallos en los motores de aeronaves en condiciones de carga cíclica.
Cerámica
Los materiales cerámicos se pueden utilizar como materiales de pulverización térmica para brindar protección térmica a las piezas de aviación.
Aplicaciones de la pulvimetalurgia en piezas aeroespaciales
Cuchillas de turbina
Álabes de turbina hechos de Al-SiC MMC reduce el consumo de combustible de las aeronaves al reducir su peso. Esto ahorra costos y ofrece beneficios ambientales.
Además, debido a su excelente resistencia a la fatiga, prolonga la vida útil de los motores de aeronaves y reduce el tiempo de inactividad por mantenimiento.
Piezas del motor
Cámara de combustión
Las cámaras de combustión comúnmente adoptan piezas de PM debido a su resistencia a altas temperaturas y su capacidad para soportar ciclos térmicos.
Boquillas de combustible
Fabricación aditiva mediante pulvimetalurgia (La impresión 3D) puede proporcionar boquillas de combustible complejas
Según GE Aerospace, utilizaron fabricación aditiva para reducir el número de piezas en las boquillas de combustible y reducir el peso en un 25%.
Pastillas de freno de aeronaves
El núcleo del dispositivo de freno de la rueda de la aeronave es la pastilla de freno, porque durante el proceso de aterrizaje, la carga sobre la pastilla de freno es muy grande y la temperatura instantánea de la superficie también es muy alta.
Las pastillas de freno pulvimetalúrgicas, fabricadas con polvo de hierro o polvo de cobre como componente principal y polvos no metálicos para la fricción y la antiadherencia, cumplen con los requisitos mencionados. Actualmente, la mayoría de las aeronaves militares y civiles utilizan pastillas de freno pulvimetalúrgicas.
Otras piezas de pulvimetalurgia para motores de aeronaves
- Disco compresor (150 ~ 950 mm)
- Compresor de turbina de paredes delgadas
- Eje del cilindro
- Cuchillas de pulverización en caliente
- Brazo de ajuste de cuchilla moldeado por inyección para motor T-406
- Carcasa de turbina;
- Paletas guía del helicóptero IN718
- Álabe de turbina moldeado por inyección
Recubrimientos por pulverización térmica para aplicaciones aeroespaciales
Además de que las piezas cumplan con requisitos específicos, la protección del recubrimiento de los motores aeroespaciales es esencial. Estos recubrimientos prolongan eficazmente la vida útil de las piezas clave del motor.
Los polvos de pulverización térmica se utilizan comúnmente para recubrimientos de barrera térmica, recubrimientos de sellado y recubrimientos resistentes al desgaste para motores aeroespaciales.
Los polvos de pulverización térmica más comunes incluyen:
- Polvo cerámico de óxido (Al2O3, ZrO2, Cr2O3, TiO2)
- Polvo de aleación (Al-Ni, Ni-Cr, Ti-Ni, Ni-Cr-Al)
- Polvo cerámico metálico (WC-Co, Cr3C2-NiCr)
- Polvo de metal puro (Mo, Al, Cu, Ni, Ti, Ta)
El tamaño de partícula del polvo de pulverización térmica es de aproximadamente 15 a 150 μm.
Tiene las siguientes características:
- Distribución estrecha del tamaño de partículas
- Alta esfericidad
- Buena fluidez
- Bajo contenido de gases e impurezas.
Los fabricantes pueden fabricar estos polvos puros y de alta precisión mediante tecnología de atomización por metalurgia de polvos.
Beneficios de las piezas de pulvimetalurgia en la industria aeroespacial
Componentes ligeros
La PM permite producir componentes ligeros con materiales como aluminio, titanio y MMC de Al-SiC. Esto puede reducir el consumo de combustible de las aeronaves.
En el campo aeroespacial de China, el uso de álabes de turbina de baja presión de titanio y aluminio puede reducir el peso de los motores de aeronaves que pesan alrededor de 3,000 kilogramos entre 30 y 50 kilogramos, lo que reduce en gran medida el consumo de combustible.
Geometrías complejas
Técnicas de PM como el moldeo por inyección de polvo (PIM) y prensado isostático en caliente (HIP) Puede realizar formas y geometrías complejas que son difíciles o imposibles de lograr con los métodos de mecanizado tradicionales.
Alta resistencia y durabilidad
Proceso de pulvimetalurgia Permite la producción de materiales con propiedades personalizadas, como altas relaciones resistencia-peso y excelente resistencia a la fatiga.
Producción rentable
Menor desperdicio de material, menor consumo de energía y menos pasos de mecanizado.
Resistencia al calor
La tecnología de pulvimetalurgia puede producir materiales específicos resistentes a altas temperaturas, en particular la aleación de alto rendimiento a base de níquel de tercera generación: FGH98.