La aleación de níquel es un metal que está compuesto principalmente de níquel, pero también contiene otros elementos como cromo, cobre, hierro, titanio y molibdeno. Cada combinación de estos elementos tiene propiedades únicas que la hacen adecuada para diferentes aplicaciones.
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¿De qué están hechas las aleaciones de níquel?
Las aleaciones de níquel suelen estar hechas de una mezcla de varios metales y níquel. Aunque no todos los metales se pueden combinar eficazmente con el níquel. Algunos de los elementos más comunes que se pueden alear con níquel son el hierro (Fe), el cromo (Cr), el aluminio (Al), el molibdeno (Mo), el cobre (Cu), el cobalto (Co) y el titanio (Ti). Estos elementos se pueden combinar para producir aleaciones con diferentes propiedades. Por ejemplo, las aleaciones de níquel, hierro, molibdeno y cromo, como el acero inoxidable tipo 316, tienen una excelente resistencia a la corrosión.
Las aleaciones de níquel se fabrican con el mismo proceso que se utiliza para la mayoría de las demás aleaciones metálicas. Se deben elegir los elementos de aleación y confirmar sus proporciones. A continuación, todos los elementos se funden juntos en un horno de arco, por ejemplo. Durante la fundición, las aleaciones también se purifican. A continuación, la aleación de níquel se moldea en lingotes, tras lo cual se forma utilizando técnicas de trabajo en frío o en caliente.
¿Cuáles son los beneficios de las aleaciones de níquel?
Estos son algunos de los principales beneficios de utilizar aleaciones de níquel:
Resistencia a la corrosión:Las aleaciones de níquel tienen una excelente resistencia a la corrosión y la oxidación, lo que las hace muy deseables en entornos donde otros materiales se degradarían rápidamente.
Alta resistencia:Las aleaciones de níquel tienen alta resistencia a la tracción y pueden soportar altas temperaturas y condiciones extremas, lo que las hace adecuadas para su uso en componentes y aplicaciones críticas.
Propiedades magnéticas blandas:Algunas aleaciones de níquel presentan excelentes propiedades magnéticas blandas, con baja coercitividad, lo que significa que se pueden magnetizar y desmagnetizar fácilmente.
Resistencia al calor:Las aleaciones de níquel tienen una resistencia a temperaturas muy altas. Pueden mantener sus propiedades a temperaturas más altas y también evitar la transferencia de calor a otros componentes debido a la baja conductividad térmica de algunas aleaciones de níquel.
Baja expansión térmica:Algunas aleaciones de níquel tienen una tasa de expansión térmica muy baja. Esta característica es especialmente útil en aplicaciones de precisión donde los efectos térmicos pueden afectar negativamente el rendimiento.
Composición de las aleaciones de níquel
Su exploración del corazón de la ingeniería no estaría completa sin adentrarse en la composición de las aleaciones de níquel, la esencia misma que les otorga sus extraordinarias propiedades. La composición de las aleaciones de níquel es un tema muy amplio con muchas capas por descubrir. Por lo tanto, profundicemos en el funcionamiento interno de estos impresionantes materiales.
Como en toda gran receta, la calidad del producto final está determinada por los ingredientes que se utilizan. De manera similar, las propiedades distintivas de las aleaciones de níquel dependen de los elementos individuales presentes en su composición. La composición es esencialmente lo que hace que las aleaciones de níquel sean resistentes y vitales en aplicaciones de alto estrés. La complejidad y diversidad de la composición hacen que las aleaciones de níquel sean versátiles y estén diseñadas para satisfacer las necesidades de aplicaciones específicas.
El níquel es el componente central de todas las aleaciones de níquel y su concentración varía aproximadamente entre el 30% y el 100% dependiendo de la aleación en particular.
Otros elementos que se utilizan en menor cantidad son el hierro, el cromo, el cobre, el molibdeno, el titanio y el aluminio. Si bien estos componentes secundarios están presentes en cantidades mucho menores que el níquel, su impacto en el rendimiento general de la aleación es significativo. Por lo tanto, la composición exacta de las aleaciones de níquel depende de las propiedades específicas requeridas para una aplicación determinada.
A continuación se presenta un vistazo a los elementos importantes en la composición de la aleación de níquel y sus respectivas funciones:
Níquel:El ingrediente clave que determina las propiedades generales de la aleación.
Cromo:Mejora la resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas.
Hierro:Aumenta la resistividad a la expansión térmica.
Cobre:Mejora la resistencia a la corrosión.
Molibdeno:Mejora la resistencia a altas temperaturas y la resistividad a la fluencia.
Titanio:Se utiliza para estabilizar la aleación y mejorar su resistencia.
Aluminio:Mejora la resistencia a la oxidación a altas temperaturas.
Cómo se utilizan las aleaciones de níquel en diversas industrias
La capacidad de las aleaciones de níquel para soportar condiciones adversas las ha hecho valiosas en múltiples sectores. Cada industria aprovecha las propiedades de las aleaciones de níquel de maneras diferentes, adaptando el proceso de aleación para crear aleaciones que se adapten perfectamente a sus necesidades.
Algunas industrias comunes en las que las aleaciones de níquel tienen una posición sólida son la aeroespacial, la energética, la marina, la electrónica e incluso la industria culinaria. En cada uno de estos sectores, las propiedades versátiles y confiables de las aleaciones de níquel las ubican en un lugar destacado en la lista de materiales preferidos.
El papel de las aleaciones de níquel en la ingeniería aeroespacial
Dado que las aplicaciones aeroespaciales se enfrentan a temperaturas extremas, alta presión y condiciones corrosivas, la capacidad de las aleaciones de níquel para conservar sus propiedades mecánicas en tales condiciones las convierte en una opción destacada. Se utilizan principalmente en la fabricación de componentes de motores, ganchos de cola, sistemas de escape e incluso para el revestimiento de aeronaves.
Las aleaciones de níquel de alto rendimiento, como el Inconel, tienen una excelente resistencia a la oxidación y a la nitruración, que son vitales para las piezas expuestas a gases de combustión a alta temperatura. Mientras tanto, su resistencia a la fluencia y a la rotura a temperaturas elevadas las ayuda a soportar la presión a grandes altitudes y velocidades.
Su resistencia al choque térmico garantiza además que los cambios bruscos de temperatura no pongan en peligro la integridad estructural de los componentes. Además, las aleaciones de níquel también poseen una excelente resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, una causa común de fallas en los componentes aeroespaciales.
Aleaciones de níquel en el sector energético
Sobre el terreno, las aleaciones de níquel son igualmente indispensables y desempeñan un papel crucial en el vasto mundo de la producción y transmisión de energía.
El sector energético se enfrenta a condiciones operativas extremas y los materiales robustos como las aleaciones de níquel son ideales para soportar estos desafíos. Se utilizan predominantemente en unidades de generación de energía, turbinas de gas, sistemas de energía nuclear e incluso en tecnologías de energía renovable.
Incluso en el campo emergente de las energías renovables, las aleaciones de níquel están encontrando aplicaciones, en particular en plantas de energía solar concentrada (CSP). Estas plantas utilizan aleaciones de níquel por su alta reflectividad y resistencia a los efectos corrosivos de la luz solar concentrada.
El níquel y las aleaciones de níquel son metales no ferrosos con alta resistencia y tenacidad, excelente resistencia a la corrosión y propiedades superiores a temperaturas elevadas. Los productos difieren en términos de composición, grado, forma, dimensiones y características. El níquel comercialmente puro, sin alear o de muy baja aleación no contiene elementos de aleación o contiene solo cantidades muy pequeñas de ellos.
Por el contrario, las aleaciones de níquel contienen cantidades significativas de elementos o constituyentes añadidos. El material revestido o bimetálico consta de dos aleaciones diferentes que están unidas integralmente. Los compuestos de matriz metálica tienen una matriz de metal o aleación compuesta o reforzada llena de un segundo componente, que puede estar en forma de partículas, fibra cortada, filamento continuo o tejido. También hay disponibles otros níqueles y aleaciones de níquel especiales o patentados que no figuran en la lista. Estos materiales a menudo se basan en un sistema de aleación único, utilizan una tecnología de procesamiento novedosa o tienen propiedades adaptadas a aplicaciones específicas.
Muchos níquel y aleaciones de níquel cumplen con los estándares de composición del Sistema de Numeración Unificado (UNS), una especificación establecida por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM), la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y asociaciones comerciales de metales como el Instituto Estadounidense del Hierro y el Acero (AISI).
El UNS asigna a los metales y aleaciones un prefijo con letras y un número de cinco dígitos. El níquel y las aleaciones de níquel pertenecen a la categoría N del UNS y tienen designaciones como UNS N02200. Otras normas para el níquel y las aleaciones de níquel incluyen los grados de fundición, la Norma Europea (EN), las normas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) y las especificaciones militares de los EE. UU. (MIL-SPEC). Los prefijos QQ y QQS se utilizan para designar metales MIL-SPEC específicos.
La selección de aleaciones de níquel y aluminio requiere un análisis de las dimensiones, los procesos de producción y las características de rendimiento. El diámetro exterior (OD), el diámetro interior (ID), la longitud total y el espesor total son dimensiones importantes. La mayoría de los materiales se funden, forjan, extruyen, forjan, acaban en frío, laminan en caliente o forman mediante la compactación de metales en polvo o aleaciones. Las características de rendimiento del níquel y las aleaciones de níquel incluyen la resistencia a la corrosión, el calor y el desgaste.
Grados de Inconel
Inconel, una aleación de níquel robusta, está disponible en malla de alambre, metal perforado, metal expandido y rejilla de barras.
Inconel 600 es reconocido por su resistencia a altas temperaturas y a la corrosión.
Inconel 601 ofrece una resistencia mejorada a la oxidación a alta temperatura.
Inconel 625 destaca por su resistencia a la fatiga y al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Aleaciones de níquel Monel 400
Monel 400 es una aleación de níquel y cobre conocida por su resistencia superior y excelente resistencia a la corrosión, particularmente en entornos marinos y químicos. Con una composición de aproximadamente 67 % de níquel y 23 % de cobre, esta aleación exhibe una notable resistencia a una amplia gama de condiciones corrosivas, incluidas el agua salada y las sustancias ácidas y alcalinas. También posee una alta conductividad térmica y mantiene su resistencia incluso a temperaturas muy bajas, lo que la convierte en un material versátil para numerosas industrias, como la ingeniería marina, el procesamiento químico y el petróleo y el gas.
Aleaciones de níquel y aleaciones de hierro y níquel
Las aleaciones de níquel se utilizan ampliamente debido a su resistencia a la corrosión, a las altas temperaturas, a su fuerza y a sus propiedades especiales de expansión magnética y térmica. En este artículo se analizarán las diferentes aleaciones de hierro y níquel que se utilizan en aplicaciones industriales y los tipos de aleaciones de hierro y níquel que se encuentran en la naturaleza.
¿Qué contienen las aleaciones de níquel y hierro? Se trata de un grupo de aleaciones que se componen principalmente de hierro y níquel, con algunos elementos fortificantes adicionales como cromo, cobalto, titanio, cobre y molibdeno. El hierro y el níquel son los principales componentes de los meteoritos de hierro y de los núcleos planetarios de los planetas telúricos.
En las estrellas masivas, el hierro y el níquel se producen durante las etapas finales de la nucleosíntesis estelar, proceso mediante el cual se producen elementos durante la fusión nuclear. El hierro constituye aproximadamente el 5% de la corteza terrestre, mientras que el níquel constituye alrededor del 0,0084%. Ambos elementos también se encuentran en pequeñas cantidades en el agua de mar y en los organismos biológicos.
Existen muchas aleaciones de hierro y níquel que se encuentran en la naturaleza debido a la afinidad entre ambos elementos. Entre los ejemplos de aleaciones de hierro y níquel que abundan en la naturaleza se encuentran el hierro meteórico o el hierro telúrico. Estos son tipos de minerales y se denominan metales nativos. Algunas aleaciones, como el hierro meteórico, tienen más de una estructura cristalina.
El mundo cuenta con importantes reservas de níquel y hierro. El Instituto del Níquel estima que existen alrededor de 300 millones de toneladas de reservas de níquel en la Tierra. Entre los principales productores de níquel se encuentran Canadá, Australia, Rusia y Sudáfrica. Más del 80% del níquel extraído históricamente se ha extraído en las últimas tres décadas.
El Servicio Geológico de Estados Unidos estima que las reservas mundiales de hierro crudo rondan los 170 mil millones de toneladas. De esta cifra, 81 mil millones de toneladas de hierro extraíble pueden utilizarse en aplicaciones industriales. El hierro también es reciclable: en 2019 se recuperaron 50 millones de toneladas métricas en Estados Unidos. Cada año se reciclan 4,6 millones de toneladas de chatarra con contenido de níquel.
Otras aleaciones de origen natural
Otras aleaciones de hierro y níquel incluyen taenita y tetratenita (ambos metales nativos contenidos en meteoritos), kamacita, antinaenita y awaruita (que es un compuesto intermetálico nativo que se encuentra comúnmente en meteoritos y serpentinas).
Aceros inoxidables
- La mayoría de los aceros inoxidables contienen un 8-10% de níquel. En todos los casos, es la combinación de cromo con níquel la que hace el trabajo. Los aceros inoxidables también son útiles como materiales ignífugos, ya que mantienen su resistencia a temperaturas más altas que el acero estructural.
- El acero inoxidable más común es el 304, con un 8 % de níquel y un 18 % de cromo, además de hierro. Este acero se utiliza para artículos tan comunes como cucharas y tenedores, cacerolas y fregaderos de cocina.
- Para aplicaciones que requieren una mayor resistencia a la corrosión, como techos en aplicaciones marinas, se utiliza el tipo 316. Este tiene aproximadamente la misma cantidad de níquel y cromo que el 304, pero con un 3 % de molibdeno añadido.
Aleaciones de níquel y cobre
- Estas aleaciones a veces se denominan MONEL o NICORROS y contienen níquel con cobre y pequeñas cantidades de hierro y manganeso. Una aleación típica es la de grado 400 (UNS N04400). Esta contiene un mínimo de 63 % de níquel, un 28-34 % de cobre y un máximo de 2 % de manganeso y 2,5 % de hierro. También hay una pequeña cantidad de impurezas que se mantienen en valores limitados para garantizar que no se dañen las propiedades del metal.
- Estas aleaciones se utilizan cuando se requiere una mayor resistencia en comparación con el níquel puro. Tienen una gama más amplia de entornos en los que resisten la corrosión, pero en algunas aplicaciones especializadas, como en caso de contaminantes alcalinos fuertes, el níquel sería superior.
- Se utilizan ampliamente en la refinación de petróleo y en aplicaciones marinas donde se requiere una larga vida útil sin corrosión. Debido a su buena conductividad térmica, se utilizan con frecuencia para intercambiadores de calor donde el agua de mar es uno de los fluidos involucrados.
Aleaciones a base de níquel y cromo
- Estas aleaciones se utilizan ampliamente en aplicaciones donde se requiere resistencia al calor y/o resistencia a la corrosión. En algunos miembros del grupo, donde las condiciones son menos exigentes, se reemplaza parte del níquel por hierro para reducir el costo general.
- Los metales fallan a altas temperaturas tanto por oxidación (incrustaciones) como por pérdida de resistencia. Las aleaciones de esta clase están diseñadas para resistir fallas causadas por ambos mecanismos. Las aleaciones de níquel no son adecuadas para entornos ricos en azufre a altas temperaturas.
- Cuando la resistencia a la corrosión es significativa, se utiliza molibdeno como adición de aleación.
Nuestra fábrica
Ubicada en Baoji, provincia de Shaanxi, conocida como el Valle del Titanio de China, Baoji West Titanium Materials Co., Ltd (West-Ti) se estableció en 2019 con un capital registrado de 60 millones de yuanes. La empresa se fusionó con Baoji Hongyuan Titanium Industry Co., Ltd. y Baoji Overflow Industrial Co., Ltd, ambas empresas tienen más de 20 años de experiencia en la industria del titanio. En 2019, el negocio conjunto de Baoji West Titanium Materials Co., Ltd cubre el procesamiento y las ventas de metales raros como bobinas, placas, barras, alambres y forjados de titanio.
Preguntas más frecuentes
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