Las aleaciones a base de níquel se utilizan como materiales resistentes a altas temperaturas y a productos químicos. La resistencia química viene determinada principalmente por los elementos de aleación cromo, molibdeno y wolframio. La máxima resistencia térmica puede conseguirse mediante el endurecimiento por precipitación con aluminio, niobio y titanio.
El principal componente de las aleaciones a base de níquel es el elemento níquel. Las aleaciones a base de níquel se utilizan principalmente como materiales de alta temperatura y como materiales químicamente resistentes, en los que la resistencia a las altas temperaturas de funcionamiento y a las condiciones ambientales viene determinada en particular por los elementos de aleación cromo, molibdeno, cobalto, wolframio y aluminio, entre otros. Por un lado, los elementos de aleación son responsables del endurecimiento por disolución sólida de la solución sólida de Ni austenítico, pero por otro lado también se utilizan para el endurecimiento por precipitación y el refuerzo de partículas. En función de las propiedades requeridas, las aleaciones a base de níquel contienen a menudo más de diez elementos de aleación diferentes.
Las temperaturas de funcionamiento permanentes de las aleaciones a base de níquel son de hasta unos 1.100 °C.
Se utilizan sobre todo aleaciones de níquel-hierro, níquel-hierro-cromo, níquel-cromo, níquel-molibdeno-cromo y níquel-cromo-cobalto. La mayoría de las aleaciones de níquel se clasifican según las normas internacionales.
Los materiales de níquel se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, especialmente en
– en la industria química para la ingeniería de procesos
como tubos de condensadores, calderas, intercambiadores de calor, válvulas y bombas,
válvulas y bombas
– Industria aeroespacial (por ejemplo, motores, turbinas, elementos de fijación)
– Industria del automóvil (por ejemplo, tecnología de válvulas, convertidores catalíticos)
– Componentes resistentes al agua de mar para plantas desalinizadoras
y en la construcción naval
– Generación de energía (por ejemplo, generadores de centrales eléctricas)
– Producción de petróleo y gas (por ejemplo, herramientas de perforación)
– Protección del medio ambiente y gestión de residuos (por ejemplo
plantas de desulfuración de gases de combustión, plantas de incineración de residuos,
plantas desalinizadoras de agua de mar, etc.
Las superaleaciones a base de níquel son aleaciones con una composición especial que se fabrican específicamente para aplicaciones a altas temperaturas (por ejemplo, en la construcción de motores).
La principal ventaja de las superaleaciones con base de níquel es su resistencia a la fluencia y a la fatiga a altas temperaturas. A partir de unos 550 °C, son superiores a los aceros de alta temperatura en este aspecto. El endurecimiento por precipitación mediante fases intermetálicas hace que las superaleaciones a base de níquel puedan utilizarse hasta temperaturas de 1.100 °C. Las propiedades suelen estar influidas por la resistencia a la fluencia y a la fatiga de las superaleaciones de base níquel. Las propiedades se consiguen normalmente mediante aleación con aluminio y/o titanio y niobio. Los precipitados de Ni3[Al,Ti, Nb] resultantes adquieren una estructura característica en forma de bloque a mayor contenido de aleación. Además, se evita la fluencia mediante redes de límites de grano controladas termodinámicamente de carburos M23C6 y otras fases.
Dado que la resistencia a la corrosión de las aleaciones es también muy alta debido a la formación de una capa de óxido muy densa, estos materiales son la primera elección para materiales de construcción en turbinas de gas de centrales eléctricas y en turbinas de aviones.
Dependiendo de los requisitos y de la situación de la aleación, las aleaciones de níquel se funden preferentemente en aire en hornos de arco eléctrico, a veces también en procesos de fusión por inducción en vacío, especialmente si contienen altos contenidos de elementos afines al oxígeno, por ejemplo Ti y Al. Esto suele ir seguido de una refundición mediante el proceso de refundición por electroescoria (ESU) o el proceso de horno de arco al vacío (VLBO) para mejorar la homogeneidad y el grado de pureza. La composición química en general suele requerir estrechas ventanas de temperatura para el conformado en caliente y el tratamiento térmico.