Tratamiento térmico
Tolerancia a altas temperaturas con el tratamiento adecuado
A menudo, las piezas de la turbina y el compresor se exponen a temperaturas elevadas durante su funcionamiento. Esto puede cambiar la estructura del acero y generar un fallo. Sulzer ofrece un proceso de tratamiento térmico especializado para mejorar la resistencia, ductilidad, resistencia a la corrosión, resistencia a la termofluencia y dureza.
Aceros aleados
Se utilizan para ejes y carcasas de turbinas, así como para las palas y paletas de compresores y turbinas de vapor.
- Endurecimiento del acero: El acero que contiene carbono se puede calentar al rojo vivo, en ese momento es muy débil y dúctil, y se puede moldear con facilidad. Si se enfría bruscamente en agua, se volverá muy duro y sólido, pero también muy frágil. Esta dureza se puede reducir templándolo a temperatura intermedia.
- Los tratamientos térmicos bien diseñados pueden utilizar estos efectos para crear aceros de resistencia elevada pero dúctiles. Utilizamos estos tratamientos térmicos para optimizar las propiedades mecánicas de sus componentes y aumentar la vida operativa de su equipo.
- Los aceros de baja aleación contienen un porcentaje menor de elementos de aleación. Estas aleaciones tienen diferentes estructuras cristalinas por debajo y por encima de 800 °C aproximadamente. Cuando se calientan o se enfrían, estos materiales se recristalizan siempre que se pase esta temperatura. Se puede utilizar dicho proceso para refinar granos en forjados y fundidos grandes. Una estructura de grano fino ofrece una mayor resistencia y ductilidad.
- Si se enfrían rápidamente, no se completará la recristalización. La estructura resultante se llama “martensita”. La martensita presenta una tensión interna muy elevada. Es dura y sólida, pero también frágil y, por tanto, es demasiado sensible a las grietas para la mayoría de las aplicaciones.
- Un tratamiento térmico extra (300 °C a 750 ºC) reduce la sensibilidad al agrietamiento y la dureza a los valores adecuados.
- Cualquier actividad, como la soldadura, que caliente localmente una aleación a más de 800 °C, generará inevitablemente una martensita en esa zona al enfriarse. Por tanto, la fragilidad de las soldaduras será inaceptable a menos que se lleve a cabo un tratamiento térmico adecuado.
- Sulzer dispone de estos procedimientos y puede personalizarlos según sus necesidades.
Las propiedades de la mayoría de los materiales están determinadas por el tratamiento térmico de fabricación así como por su composición. Para la mayoría de materiales, los tratamientos térmicos son imprescindibles para obtener la longitud, ductilidad, resistencia a la termofluencia, resistencia a la corrosión o dureza deseadas.
El tipo de tratamiento térmico requerido varía considerablemente en distintos grupos de materiales. Un material concreto podría necesitar distintos tratamientos térmicos en su fabricación, soldadura, endurecimiento o restauración.
Personal de soldadura especializado
Diariamente, nuestro personal experimentado suelda ejes y carcasas de turbinas, así como palas y paletas tanto de compresores como de turbinas de vapor. Un factor clave para triunfar es un procedimiento de tratamiento térmico bien diseñado durante y después de la operación de soldadura.
Aceros austeníticos y superaleaciones forjadas
Estas aleaciones se usan generalmente en componentes de combustión y otros similares de tensión baja.
Las aleaciones contienen un elevado porcentaje de elementos de aleación. Su estructura austenítica es densa, lo que es beneficioso para la resistencia a la termofluencia, y es estable en todas las temperaturas. Como no hay un cambio de fase, las aleaciones austeníticas no se endurecerán por ciclos térmicos en un tratamiento térmico o durante la soldadura.
La solución de tratamientos térmicos se puede utilizar en componentes acabados para disolver fases frágiles y carburos de contorno de grano. El recalentamiento puede generar un crecimiento irreparable del grano. Seleccionamos el proceso con detenimiento para evitar daños a sus componentes.
Aceros finos y superaleaciones de fundición
Estas aleaciones se usan en palas y paletas en la sección de temperatura elevada de las turbinas de gas.
- Las superaleaciones contienen elementos que crean fases secundarias. Las fases secundarias se pueden ver como partículas de arenilla incrustada en los cristales y en los contornos de los granos de la aleación. Su presencia aumenta enormemente la resistencia a la termofluencia. Para alcanzar la mejor calidad, se tiene que optimizar su forma y distribución.
- En aleaciones basadas en cobalto, los carburos son estas fases secundarias. En aleaciones basadas en níquel, el aluminio (más titanio, niobio o tantalio) se combina con níquel para formar Ni3Al. Esta fase se denomina normalmente “gamma prime” (γ’) y nos referimos generalmente a las partículas como “precipitadas”.
- Estas fases secundarias, que pueden ser hasta el 50 % o más del volumen de la aleación, se generan y moldean por tratamientos térmicos. Aunque sus efectos endurecedores son bajos, a menudo se les llama “tratamientos térmicos de endurecimiento por precipitación”. Su objetivo no es endurecer la aleación sino generar una fina distribución de las partículas que es óptima para la resistencia a la termofluencia a temperaturas específicas.
- Las precipitadas finas son mejores para una resistencia elevada y una temperatura intermedia; las precipitadas gruesas son mejores para una resistencia a la termofluencia a temperaturas elevadas.
- Los aceros finos y las superaleaciones de fundición funcionan a temperaturas elevadas. “El funcionamiento se puede considerar un tratamiento térmico prolongado que puede generar cambios sustanciales con el tiempo. Las precipitadas finas tienden a fusionarse o disolverse, y las precipitadas gruesas tienden a serlo incluso más.
- El tratamiento térmico de estas aleaciones, tanto en producción como en restauración, consiste en un tratamiento térmico de solución a temperaturas elevadas seguido por uno o más pasos de precipitación a temperaturas intermedias. La temperatura y duración de estos pasos se debe seleccionar con cuidado y además es necesario que el enfriamiento sea intermedio.
Tratamientos térmicos reparadores
Como se describe anteriormente, los componentes usados pueden haber desarrollado una estructura modificada (degenerada). Una estructura degenerada muestra el engrosamiento de las fases existentes y la formación de fases nuevas pero perjudiciales, como la fase sigma que es extremadamente frágil.
Estas fases generan áreas locales no homogéneas, pero la composición general de la aleación permanece inalterable. Un tratamiento térmico restaurador comienza con uno de solución a temperatura muy elevada que disuelve las fases precipitadas y perjudiciales. Después de este paso, se utiliza una versión modificada del tratamiento térmico estándar para crear la estructura original prevista y la distribución de las precipitadas.
Prensado isostático en caliente (HIP)
Un tratamiento HIP es un tratamiento térmico en una solución a temperatura elevada llevada a cabo con 1 000 o 2 000 bares de presión de argón. Esta presión isostática cierra cavidades que pueden estar presentes en la pieza de fundición cuando la aleación es débil y dúctil a temperaturas elevadas. Es una tecnología probada para mejorar los productos de la fundición de precisión como palas y paletas de turbinas de gas.Los tratamientos térmicos son pasos esenciales en el servicio y reparación de los componentes del compresor y la turbina. Nuestra amplia experiencia con tratamientos térmicos puede aumentar la vida útil de sus componentes. Nuestros expertos confeccionan el procedimiento para cada aleación, componente y condición de componente.