Resistencia en fatiga ultrasónica del Inconel 718 utilizado en la industria aeronáutica

Abstract

Inconel 718 (I-718) is a Ni-based superalloy, also is commonly known as Ni-Fe based, has been developed as a structural material in hot sections of aircraft jet engines, such as discs, blades, compressor components, etc. due of its excellent mechanical properties at high temperatures and in corrosive environments. The microstructural characterization of the material (EDS, hardness and microhardness tests) on the specimens upon receipt was performed. alternatively, the heating treatments of solid solution and double aging were carried out. The first heating treatment was solid solution, which is not standardized and varies between: temperature, time and quenching medium, in order to propose a solid solution heating treatment that improves the mechanical properties of this material. The first heating treatment of solid solution was carried out at 1078 ° C / 1 hr and water quenching; this solid solution heating treatment reduced the hardness of the material and facilitated the machining of the specimens. Testing specimens’ dimensions were obtained by numerical simulation, using the finite element program on the ANSYS 17 platform. This modal analysis allows to obtain the natural frequency of oscillation in the longitudinal direction of the specimen, which must be adjusted to the frequency of excitation of 20 KHz, to fulfill the condition of resonance in fatigue mode. After adjusting the specimen dimensions to the resonance condition, the second heating treatment of double aging was carried out which was brought from the room temperature to 720 ° C, and maintained for 8 hours at this temperature. Subsequently, it is cooled inside the furnace starting at 720º C until it reached 620º C in 1 hour, and remaining for 8 hours at this last temperature. Once the 8-hours stay is finished, it is quenched in air at room temperature.

El Inconel 718 (I-718) es una superaleación base Ni, también conocida como aleación base Ni-Fe, la cual ha sido desarrollada como material estructural en las secciones de alta temperatura de los motores a reacción de los aviones, como son: discos, álabes, componentes del compresor, etc.; debido a sus excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas y en ambientes corrosivos. Para el material recibido, se llevaron a cabo la caracterización microestructural del material comprendiendo: análisis EDS, pruebas de dureza y microdureza. Posteriormente se realizaron los tratamientos térmicos de solubilizado y doble envejecido. El primer tratamiento térmico fue el de solubilizado, el cual no está estandarizado y varía entre: temperatura, tiempo y medio de temple, con el fin de proponer un tratamiento térmico de solubilizado que mejore las propiedades mecánicas de este material. El primer tratamiento térmico fue el de solubilizado a 1078º C/1 hr y templado en agua; este tratamiento ayudó a disminuir la dureza del material y facilitar el maquinado de las probetas. Las dimensiones de las probetas de ensayo se obtuvieron mediante la simulación numérica, usando el programa de elemento finito en la plataforma ANSYS 17. Este análisis modal permite obtener la frecuencia natural de oscilación en dirección longitudinal de la probeta, la cual debe ajustarse a la frecuencia de excitación de 20 KHz, para cumplir la condición de resonancia en la modalidad de fatiga ultrasónica. Después de ajustar las dimensiones de la probeta a la condición de resonancia y proceder al maquinado, se realiza el segundo tratamiento térmico de doble envejecido, el cual se llevó desde la temperatura ambiente hasta 720º C, y se mantiene por 8 horas a esta temperatura. Posteriormente, se enfría dentro del horno partiendo de 720º C hasta llegar a 620º C en 1 hora, y manteniéndose por 8 hrs a esta última temperatura.