Ultrahigh - temperature material for jet Engines_JR

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Universidad de Ingeniería y Tecnología

PROCESOS DE MANUFACTURA

Entrega de Ensayo

Ultrahigh – Temperature Materials for Jet Engines

Nombre:

• Javier José Rodas Jiménez

Profesor:

• Wilson Hormaza Rodríguez

Fecha de entrega: 2 de octubre del 2019

2019 – II

Ha pasado mucho tiempo desde que Jacques Etienne propuso por primera vez la propulsión por reacción para aviones (1783), después de él fueron apareciendo nuevas y mejoradas investigaciones para la propulsión de un avión, como el motor de turbina (1791) o el motor turbo reacción (1928). La necesidad de materiales que puedan soportar altas temperaturas para la elaboración de los motores no se hizo esperar, pero el primer paso fue usar las aleaciones ya conocidas para ese entonces, como las aleaciones basadas en Nickel y Cromo (Ni-Cr) que cuentan con una modesta resistencia a la oxidación y a las temperaturas altas. En la actualidad, el estudio, desarrollo y nuevas propuestas de aleaciones ha permitido mejorar la eficiencia de los motores para Aviones. Por esto, el presente ensayo busca dar a conocer y discutir algunas aleaciones propuestas en la publicación Ultrahigh – Temperature Materials for jet Engines (J. -C.Zhao, J.H. Westbrook, 2003); empezando por una descripción de cada una, luego una comparación de propiedades y, finalmente, una conclusión propia a cerca de estas.

Hay una categoría de material que podemos considerar: compuestos intermetálicos. Dentro de los intermetálicos tenemos tres familias que deben recibir seria atención para sus aplicaciones en motores de reacción: TiAl, NiAl y el grupo metálico del platino (PGM, por sus siglas en inglés). El TiAl es considerado uno de los materiales más maduros para la aplicación de motores de reacción; sin embargo, su modesto punto de fusión de ~1500 ºC lo restringe a la turbina de baja presión y a las partes estáticas del motor, hoy, después de 20 años su aplicación en la industria comercial de motores no es posible debido a baja ductilidad a temperatura ambiente y a su elevado costo de fabricación para las piezas finales ya que es requerido un mecanismo sustancial para tal propósito; por esto, un grupo de investigadores en Francia ha demostrado como producir álabes de turbina de TiAl a través de un proceso de fabricación diferente y rentable, por sinterización de plasma de chispa, este proceso se desarrollo a mitad de los años 80 y consiste en introducir polvos en un molde conductor y se prensan por unos pistones conductores que permiten aplicar presiones de hasta 100 Mpa. La densificación de la muestra se logra mediante el efecto Joule en segundos y debido a la difusión limitada en estado sólido resultante de la rapidez del ciclo de procesamiento, se logra obtener materiales originales (Kalveram, 2015). El NiAl tienes atractivas propiedades para la aplicación en motores de reacción también, como: alto punto de fusión (~1650 ºC), buena conductividad térmica, baja densidad y resistencia a la oxidación; pero, para aplicaciones en motores se necesita una mayor tenacidad a temperatura ambiente y una mayor resistencia a la fluencia a altas temperaturas; en las pruebas realizadas por Dariola, Walston y Nathal queda demostrado que es posible diseñar y fabricar piezas complicadas de motor de turbina, sin embargo, la implementación de la producción en masa será siendo un desafío debido a la ductilidad limitada a la tolerancia al daño del NiAl (R. Dariolia).  Las aleaciones intermetálicos basadas en PGM han sido estudiadas para su posible aplicación, las ventajas de estos sobre las aleaciones basadas en Níquel (Ni) son significativamente puntos de fusión alto (~1500 ºC, ~2100ºC) y una resistencia a la oxidación; es por estas propiedades mecánicas, incluida la formabilidad, que son prometedores para las aplicaciones de alta temperatura, aunque las aleaciones suelen ser de costo elevado y muy densas.(Cornish L.A., 2004)

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