NUEVOS MATERIALES

Ricardo Sánchez Sierra

Roger Tarrillo

Superaleaciones

1) _Objetivo:

Las superaleaciones son un grupo de aleaciones diseñadas con el

objetivo de satisfacer requerimientos muy estrictos de resistencia

mecánica y resistencia a la degradación superficial (corrosión y

oxidación ) a altas temperaturas sin que se vea afectado su compor-

tamiento en servicio.

Son los materiales más utilizados en componentes de turbinas

especiales,expuestas a medios oxidantes,a elevadas temperaturas

en periodos de tiempo largos.

Son ampliamente usadas en procesos químicos y petroquímicos,

plantas eléctricas, industrias de petróleo,industria aero- espacial

(cuchillas de las turbinas y motor de cohetes),industria marina

(submarinos) , reactores nucleares,tubos de intercambiadores de

calor, turbinas de gas industrial . En general ,se usan en las máquinas

térmicas (sistemas en los cuales la eficiencia operativa se incrementa

con las altas temperaturas ) .

2) _Materiales que constituyen las superaleaciones:

Las super aleaciones se dividen en tres grupos ,de acuerdo con su

constituyente principal:

_Superaleaciones de cobalto : el elemento principal es el cobalto.

El principal elemento aleante es el cromo.Otros elementos aleantes

son el niquel ,el molibdeno y el tungsteno.Algunos nombres

comerciales de superaleaciones de cobalto son: Stellite 6 B ,

Haynes 188 , L-605.

Presentan frente a las superaleaciones de niquel una serie de

ventajas , como mayor temperatura de fusión, superior resistencia

a la corrosión , y en general mayor resistencia a la corrosión-fatiga.

Son resistentes al choque térmico.

_Superaleaciones de hierro: tienen hierro como elemento principal.

Algunos nombres comerciales son : Incoloy 802 , Haynes 556.

La mayor parte son aceros inoxidables austeníticos reforzados

con carburos ( aleaciones Fe-Ni-Cr ).

_Superaleaciones de niquel : el niquel es el elemento principal.

Los principales elementos aleantes son el cromo y el cobalto.Otros

elementos aleantes son el aluminio,el titanio,el molibdeno,el niobio

y el hierro. Algunos nombres comerciales son : Incoloy 807,

Inconel 718 , Rene 41 , Hastelloy S , Nimonic 75.

Presentan una de las mejores relaciones propiedades / estructura

de todas las superaleaciones en el rango de temperaturas 650 y

1100 ºC.Tienen como objetivo mejorar las características de

tracción ,fluencia,fatiga y estabilidad superficial del material.

3) _Características generales:

- Excelentes propiedades mecánicas

- Buena estabilidad en la superficie.

- Resistencia a la corrosión y a la oxidación.

- temperaturas de servicio por encima de 700 ºC conservando sus

propiedades tecnológicas.

- Resistencia al choque térmico.

4) _Metales refractarios:

Poseen una temperatura de fusión muy elevada,superior a los

2000 º C. Con interés industrial destacan el W , Mo , Ta , Nb y Re.

Son metales muy caros.

Todos presentan problemas difíciles de resolver .En primer lugar ,

su elevada densidad. En segundo lugar , se oxidan muy fácilmente

por encima de 600 º C. Para mejorar la resistencia a la oxidación

se emplean revestimientos de cerámicos o platino o se alean con

Cr , Si o Al . Además , excepto el Re , todos poseen una red BCC ,

lo cual es un inconveniente ya que la red FCC tiene mejor compor-

tamiento a alta temperatura.

Los metales refractarios del grupo V B ( Nb , Ta ) son dúctiles a

temperatura ambiente. Los del grupo VI B (Mo , W ) son frágiles

a temperatura ambiente , aunque se comportan mejor a fluencia que

los del grupo V B .

Cerámicos eléctrónicos

1)_Características generales:

Sus características físicas y químicas están basadas en los enlaces

interatómicos. Introduciendo átomos extraños (dopado) en la

estructura tridimensional es posible modificar las propiedades

ópticas y electrónicas provocando la aparición de los fenómenos

piroeléctricos,ferroeléctricos,piezoeléctricos o sintetizando semicon-

ductores o materiales optoeléctrónicos.

2)_Aplicaciones:

Se aplican en la electrotecnia , en la electrónica (como componentes

activos y pasivos al aparecer los semiconductores y los circuitos

integrados) , como elementos fundamentales para catalizadores en

el aire acondicionado y para purificadores de gases y humos .

Materiales Híbridos

1)_Objetivo:

Los materiales híbridos son la combinación de materiales de

distinta naturaleza con propiedades muy superiores a las de sus

materiales constituyentes.

Su objetivo es adaptar sus prestaciones a las exigencias del usuario,

ya que la composición y estructura interna de los materiales híbridos

puede modificarse a voluntad .El objetivo de la creación de materi-

ales híbridos es conseguir materiales más ligeros,con mayor resis-

tencia , más tenaces y resistentes a impactos , con tolerancia al daño

mejorada.

2)_¿ Qué son los materiales reforzados ?

Los materiales reforzados o también llamados materiales híbridos

avanzados pretenden potenciar sus propiedades mecánicas (resisten-

cia,dureza,resiliencia,límite elástico), o térmicas (conductividad,

refractariedad,punto de fusión).

Están formados por fibras de refuerzo apiladas en láminas,de ellas

dependen las propiedades mecánicas. También están formadas por

una matriz , responsable de la resistencia térmica y de la resistencia

a la intemperie. La matriz engloba al refuerzo de las fibras y hace

del material una estructura monolítica.La matriz puede ser polimé-

rica , cerámica o metálica. La elección del tipo de matriz está condi-

cionada por la temperatura de servicio.

3)_Clasificación de las fibras y aplicaciones :

Hay tres variedades de fibras de refuerzo : de vidrio , de carbono y

de poliaramidas.

_fibra de vidrio : en sus variedades normal (vidrio E) y de alta

resistencia (S o R) son las de mayor consumo debido a su

excelente relación resistencia / precio .

_fibra de carbono : en sus tres variantes ( de alta resistencia , iter-

media y alto módulo), serán el material de elección para aplica-

ciones estructurales muy exigidas , cuando la rigidez y el peso

son criterios dominantes del diseño y cuando el precio es un factor

secundario.

_fibras de poliaramidas (poliamidas aromáticas) : frente a las fi-

bras de carbono y a las fibras de vidrio ,tienen la propiedad de ser

tenaces ,lo que permite su uso como material flexible de blindaje

y para absorción de energía de impactos. Por su buena resistencia

específica a tracción , son además empleadas en el refuerzo deva-

nado de depósitos de alta presión. El Kevlar es el nombre comer-

cial más conocido de fibras de poliaramida.