| Thinidur de acero | |
|---|---|
| Composición química | |
| FE - 51% Ni - 30% Cr - 15% Ti - 2% Manganeso - 0,8% Si - 0,8% C - 0,13% Impurezas: 0,27% | |
| tipo de aleación | |
| Acero austenítico | |
| Propiedades mecánicas | |
| aleación resistente al calor | |
| Propiedades físicas | |
| Densidad | 7,92 g/ cm3 |
| Resistencia a la tracción a 800 °C | 245 MPa |
| Resistencia a la tracción a 600 °C | 600 MPa |
| Límite de fluencia (1% en 300 horas) a 600 °C | 430 MPa |
| análogos | |
| A286 | |
Tinidur ( it. tinidur - en letras iniciales titanio + níquel + fuerte) - acero resistente al calor de la clase austenítica, desarrollado en 1936 en Alemania por los ingenieros metalúrgicos G. Bandel G. Bandel y K. Gebhardt K. Gebhard - empleados de la departamento de investigación de Krupp - Friedrich Krupp , Wulfrat [1] .
En Alemania, el Centro de Aviación DVL Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt comenzó a trabajar en un estudio sistemático de la resistencia al calor de varios materiales en 1935-1936 . El fundador de la investigación en esta área, realizada en relación con los turbocompresores de los motores de aviación, es Franz Bollenrath Franz Bollenrath , director del Instituto de Materiales de Aviación (Inst. für Werkstoff-Forschung der DVL) en la década de 1940 [2] .
Steel Tinidur en la versión original tenía la designación R-193. Se suponía que el endurecimiento del acero a altas temperaturas ( resistencia a la fluencia ) se proporcionaba con precipitados dispersos de carburos termorresistentes , para lo cual se introducían carbono (0,5 %) y titanio (2 %) en la composición del acero. Más tarde se encontró que el endurecimiento por precipitación también ocurre en ausencia de carbono debido a los precipitados dispersos del compuesto intermetálico Ni 3 Ti. Después de eso, el contenido de carbono se redujo a 0,1%. Una versión mejorada de este acero fue Tinidur. Después de 4-5 años, una situación similar se repitió en Inglaterra durante el desarrollo de una aleación de níquel resistente al calor " nimonic ", cuya resistencia a la fluencia también se esperaba obtener debido a los precipitados dispersos de carburos de titanio [3] [4 ] . Finalmente, resultó que la resistencia a altas temperaturas del material se debe a los precipitados dispersos del compuesto intermetálico Ni 3 (Ti,Al).
Composiciones químicas de los aceros resistentes al calor austeníticos alemanes Tinidur [5]Grado de acero |
%C | %Minnesota | %Si | % Ni | % Cr | %Mes | % Ti | %Alabama | % otros artículos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| P-193 | 0.5 | 0.6 | 0.6 | treinta | treinta | - | 2 | - | Fe-base |
| Tinidur | 0,12-0,14 | 0.6-1.0 | 0.6-1.0 | 29,0-31,0 | 14.5-15.5 | - | 1.8-2.2 | 0.2 | Fe-base |
| A286 | 0.05 | 1.35 | 0,55 | 25 | quince | 1.25 | 2.0 | 0.2 | 0,3 V |
Nombramiento de elementos de aleación en aceros austeníticos Tinidur: Ni - Refuerza y estabiliza la estructura austenítica, forma una fase gamma-prima y evita la formación de fases no deseadas. Cr: proporciona resistencia a la corrosión por gas y fortalece la solución sólida. Ti y Al son los elementos principales que proporcionan el endurecimiento por precipitación de la aleación. El acero se templó desde 1125°C en agua y se envejeció a 750°C. Con un tratamiento térmico adecuadamente seleccionado, se produce la separación de los cristales dispersos de la fase intermetálica Ni 3 (Ti, Al) de la matriz austenítica.
En 1937, el diseñador alemán von Ohain eligió Tinidur para la fabricación de componentes estructurales sometidos a estrés térmico y comenzó a desarrollar el primer motor a reacción HeS (alemán) para el avión He 178 [6] .
En 1939, los diseñadores Anselm Franz Anselm Franz , Otto Mader Otto Mader y el metalúrgico jefe Heinrich Adenstedt Heinrich Adenstedt del departamento de motores de la empresa Junkers (Junkers Motorenbau) en Magdeburg , según los resultados de pruebas comparativas de materiales disponibles en Alemania, eligió el acero resistente al calor Tinidur como el mejor material para las palas y el disco de la turbina del motor Jumo-004 para temperaturas de funcionamiento de 600-700°C [7] .
Ya las primeras pruebas han demostrado que incluso las hojas idénticas muestran una gran variación en la durabilidad. En 1943, el departamento de materiales de Junkers Motorenbau en Dessau había resuelto el problema de la fiabilidad y la estabilidad de las características de rendimiento de las palas forjadas fabricadas con acero Tinidur controlando cuidadosamente el proceso de fabricación de las palas, principalmente el proceso de forjado en sí. Más tarde, debido a la no soldabilidad de la lámina de acero Tinidur, se desarrolló un proceso de embutición profunda en el que un disco delgado y plano servía como pieza bruta para una cuchilla hueca. De acuerdo con la intensidad de mano de obra de la fabricación, las hojas huecas resultaron ser más económicas que las monolíticas [8] .
Para alejarse de la composición con 30 por ciento de níquel, Krupp desarrolló el acero soldable resistente al calor Chromadur. La tecnología para producir una cuchilla hueca de una lámina plana flexible de acero Chromadur y la soldadura posterior de la pieza de trabajo a lo largo del borde posterior resultó ser preferible en comparación con la embutición profunda. Como resultado, las hojas huecas de Chromadur mostraron una mayor fiabilidad en comparación con las fabricadas con acero Tinidur, incluso a pesar de la menor resistencia a la fluencia de las primeras [8] .
En 1943, debido a la creciente escasez de elementos de aleación, en preparación para la producción de una modificación en serie del motor Jumo-004В, Krupp desarrolló varios aceros resistentes al calor de aleación económica, incluidos Chromadur y Vanidur. En el acero Hromadur destinado a palas y boquillas, el níquel fue reemplazado por manganeso que, como el níquel, expande la región de la solución sólida gamma. La disminución de la resistencia a las incrustaciones de la aleación provocada por dicho reemplazo se compensa en parte por el contenido de silicio. En el segundo acero, destinado a la fabricación de discos de rotor de turbinas, el grado original es Krupp V2A-ED, se reemplaza el tungsteno (1% W) por vanadio (1% V). Acero Sinidur - con carburo y templado intermetálico. La composición de estos aceros se da en la tabla.
Composiciones químicas de aceros austeníticos alemanes resistentes al calor, sustitutos de Tinidur para temperaturas de funcionamiento de 600-700 °CGrado de acero |
%C | %Minnesota | %Si | % Ni | % Cr | %Mes | %W | % Ti | %Alabama | % otros artículos |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cromadur | 0,09-0,12 | 17.5-18.5 | 0.55-0.7 | - | 11,0-14,0 | 0.7-0.8 | - | - | - | V 0,60-0,70 0,18-0,23 N 2 |
| Vanidur | 0.1 | 0.2-0.4 | 0.3-0.6 | 10.0-11.0 | 17,0-18,0 | - | - | 0.5-0.7 | - | 1%V |
| Sinidur | 0.25 | - | - | 24 | 19 | 2.0 | 1.0 | 2.2-3.0 | 1.0 | - |
A fines de la década de 1940, en los Estados Unidos, bajo el liderazgo de Gunter Mohling Gunter Mohling [9] , subdirector de investigación de Allegheny Ludlum Steel Corp. Se creó una versión mejorada del acero Tinidur, designada A286. El acero A286 se diferencia del Tinidur original por la adición de molibdeno y el contenido refinado de algunos elementos. El propósito del molibdeno (1,3 %) es aumentar la plasticidad de las muestras con muescas a temperaturas elevadas. Se utilizó por primera vez en 1950 para la fabricación de discos de turbinas, más tarde carcasas de turbinas, piezas de potencia de poscombustión , álabes y discos de turbinas de gas y compresores. En la fabricación de discos de turbinas, fue reemplazada a mediados de la década de 1960 por la aleación de níquel-hierro Inkaloy 901 (IN901). El lanzamiento de varios productos semiacabados de acero A286 en los Estados Unidos fue realizado por cinco empresas metalúrgicas a la vez: Allegheny Ludlum, Carpenter Technology, Republic Steel / Special Metalls Division, Superior Tube, Universal Cyclopes, lo que indica la escala de su uso en la industria de misiles aéreos de los Estados Unidos.
La aleación Cromadur se produjo en los EE. UU. con la designación AF-71. En particular, Allegheny Ludlum AF-71 para piezas de motores de turbinas de gas, cohetes, elementos de fuselaje [10] .