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Problemas Nacionales No. 2015-01-863
Estudio y desarrollo de procesos de rejuvenecimiento y manufactura aditiva aplicados a la recuperación de superaleaciones usadas en turbinas de gas industriales
Estudio y desarrollo de procesos de rejuvenecimiento y manufactura aditiva aplicados a la recuperación de superaleaciones usadas en turbinas de gas industriales
Resumen Ejecutivo
Resumen Ejecutivo
El conocimiento científico-tecnológico para manufacturar y re-manufacturar componentes de las secciones calientes de las turbinas de gas (TG), p.ej., cámaras combustión, piezas de transición, ejes y álabes, elaboradas con superaleaciones (SA) base Ni y Co es inexistente en México. Actualmente, la recuperación de estos componentes se hace a través de los fabricantes (p.ej., GE, Westinhouse, P&W) o sus talleres externos certificados (p.ej., Liburdi). Es importante resaltar que esta tecnología es una ventaja competitiva protegida por los países desarrollados. Por otro lado, la manufactura aditiva es el área de la manufactura avanzada con mayor impacto mundial para el diseño, fabricación y remanufactura de componentes para múltiples subsectores industriales, incluyendo el aeroespacial, petrolero y de generación de energía.
Aunado a esto, la creciente demanda energética del país combinado con la baja en el precio del petróleo hace insostenible la dependencia tecnológica de estas industrias. Una vía para disminuirla es desarrollar metodologías y procedimientos que permitan la recuperación de las propiedades estructurales, microestructurales y mecánicas de SA base Ni y Co usadas en componentes rotativos y estáticos de TG mediante tratamientos térmicos (TT) controlados y tecnologías de MA asistidas por láser.
La presente propuesta busca atender la problemática descrita anteriormente, enmarcada en la demanda de manufactura de alta tecnología. Entre los temas de frontera científico-tecnológico a investigar en esta propuesta se pueden destacar los siguientes:
Estudio de las cinéticas de degradación de SA base Co y Ni causado por la segregación de carburos secundarios (p.ej., M23C6), así como el crecimiento y cambio morfológico de cuboidal a esférico de las fases gamma prima, gamma biprima.
Estudio y optimización de las cinéticas de rejuvenecimiento de SA base Co y Ni (composición, formación, distribución y tamaño de precipitados gamma prima, gamma biprima y carburos) equiaxiales (FSX-414, IN718) y direccionales (GTD-111).
Efecto de los ciclos de recalentamiento propios del depósito aditivo capa por capa de los procesos de sinterizado directo de metal con láser (por sus siglas en inglés, DMLS) y laser cladding (LC) alimentado con polvo o alambre, sobre la evolución estructural y microestructural de SA base Ni y Co. La importancia de este tema se basa en poder controlar la homogeneidad de las propiedades de la pieza fabricada. Efecto de la adición de materiales de aporte disímiles durante los procesos de recuperación de dimensiones por DMLS y LC sobre la integridad de la interfase. La importancia de este tema se debe a que muchas de las superaleaciones usadas en la práctica no están disponibles comercialmente para estos propósitos.
Rejuvenecimiento de álabes
Objetivo general
Objetivo general
Desarrollar metodologías y procedimientos que permitan la recuperación de las propiedades estructurales, microestructurales y mecánicas de SA base Ni y Co usadas en componentes rotativos y estáticos de turbinas a gas mediante tratamientos térmicos controlados (cinéticas de envejecimiento) y mediante manufactura aditiva mediante las técnicas de DMLS y LC (reparación y recuperación de dimensiones).
Objetivos particulares
Objetivos particulares
Evaluar la cinética de degradación de SA base Co (FSX-414) y base Ni (IN718 y GTD-111) sometidas a diferentes tratamientos de fatiga termomecánica de bajos ciclos (LCF) para determinar la evolución de la fracción, composición y distribución de carburos (M6C y M23C6) y fases gamma prima y biprima. ¿Qué mecanismos de degradación y cómo contribuyen al detrimento de las propiedades mecánicas en SA?
Estudiar la cinética de envejecimiento de las SA FSX-414 y IN718 (equiaxiales) basados en diagramas TTT. ¿Cómo influyen los parámetros de TT's en la precipitación y distribución de las fases reforzantes? ¿Cual es la contribución del TT sobre la homogeneidad de las SA fabricadas por LC y DMLS? ¿Es posible hacer un TT local usando técnicas láser para homogeneizar la microestructura, sin afectar las dimensiones y geometría de la pieza?
Estudiar el efecto de la materia prima (fases, composición, etc) sobre las propiedades del material depositado sobre una SA base Co y Ni (adherencia, estructura, etc). ¿Cómo influyen las características del material de aporte sobre las propiedades del material depositado?
Evaluar la microestructura y el tamaño de la ZAC en función de la potencia del láser durante la recuperación de dimensiones de SA mediante MA. ¿Cómo influye la potencia del láser en la segregación de elementos, fases y en los cambios de la microestructura?
Evaluar las propiedades de la interfase para materiales de aporte disímiles al sustrato en la remanufactura de piezas por MA. ¿Cuál es el estado de esfuerzos en la interfase sustrato-depósito de piezas re-manufacturadas por DMLS y LC con material de aporte disímil al sustrato?
Estudiar el efecto del calentamiento cíclico durante el proceso de MA sobre la microestructura del material depositado. ¿Cuáles son los parámetros más críticos y qué condiciones de depósito generan una pieza con microestructura química y estructuralmente homogénea mediante MA? ¿En qué medida es posible controlar las fases responsables del reforzamiento de la SA durante el depósito?
Evaluar la influencia de la dirección de depósito sobre las propiedades mecánicas de SA base Ni y Co depositadas mediante MA. ¿En qué dirección de depósito se obtiene las mejores propiedades mecánicas de la piezas fabricadas o reconstruidas?
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