Tratamiento de calor para prolongar la vida útil

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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.

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Información

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. 

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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

presentan distintas estructuras de cristal por debajo y por encima de aproximadamente 800 °C. Cuando

se calientan o enfrían, estos materiales se recristalizan al sobrepasar 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 Turbo Services dispone de estos procedimientos y puede personalizarlos según sus necesidades.

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.

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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.