¿Cuál es la diferencia entre Inconel 625 e Inconel 713?

Inconel 625 e Inconel 713 (comúnmente especificado como 713C o 713LC para formas fundidas) son superaleaciones a base de níquel construidas para temperaturas exigentes y entornos corrosivos, aunque cumplen funciones distintas. El Inconel 625 es una aleación dúctil de níquel, cromo, molibdeno y niobio, reforzada por disolución y diseñada para ofrecer una excelente resistencia a la corrosión y una buena solidez a temperaturas criogénicas de hasta 980 °C aproximadamente, lo que la convierte en la opción preferida para el procesamiento químico, el sector naval y muchos componentes aeroespaciales. Inconel 713C es una superaleación de fundición de níquel-cromo endurecible por precipitación, diseñada en primer lugar para la integridad estructural a temperaturas elevadas, proporcionando una resistencia a altas temperaturas y a la fluencia mucho mayor que muchas aleaciones reforzadas por disolución; esto hace que el 713C sea típico para componentes de conductos de gas caliente y fundiciones de motores aeronáuticos. En resumen, elija el 625 cuando la resistencia a la corrosión, la facilidad de fabricación y la soldabilidad sean las principales prioridades; elija el 713C cuando la resistencia a altas temperaturas de las piezas fundidas y la estabilidad estructural sean los requisitos dominantes.

Resumen y contexto histórico de la familia de aleaciones

Ambas aleaciones pertenecen a la familia de las superaleaciones a base de níquel. El níquel proporciona un excelente equilibrio entre tenacidad y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas. Los fabricantes desarrollaron el 625 para resolver los problemas de corrosión y soldabilidad que se plantean en entornos químicos y marinos. El 713C evolucionó a partir de aleaciones fundidas de níquel-cromo fabricadas para turbinas de gas y quemadores industriales, en las que era esencial una elevada resistencia a la fluencia a temperaturas cercanas a los 1.000ºC. Por tanto, las dos aleaciones se originaron a partir de problemas de ingeniería diferentes: la vida útil de la corrosión en el caso del 625 y el rendimiento estructural a temperaturas elevadas en el caso del 713C.

Inconel 625 VS Inconel 713

Esta tabla resume las diferencias prácticas que utilizan los ingenieros a la hora de elegir una aleación.

Diferencias en la composición química y su significado

Los ingredientes químicos determinan casi todas las diferencias funcionales entre estas aleaciones. A continuación se muestra una comparación compacta de los rangos de composición típicos.

Tabla: Composiciones nominales típicas (wt%)

Principales conclusiones

• El contenido de cromo es notablemente superior en el 625. Esto le confiere una gran resistencia a la oxidación y la corrosión.

• Los niveles de molibdeno y niobio en el 625 son más altos y combinados producen un fuerte refuerzo en solución sólida, además de resistencia a la corrosión por picaduras y grietas.

• El 713C tiene altos niveles de aluminio y titanio para formar fases de precipitación que proporcionan una resistencia superior a la fluencia y a las altas temperaturas cuando se trata térmicamente de forma adecuada.

• Las adiciones de carbono y boro en el 713C favorecen la resistencia de los carburos y de los límites de grano que confieren a los componentes fundidos estabilidad estructural a temperatura.

Microestructura, mecanismos de endurecimiento y tratamiento térmico

Entender por qué las aleaciones se comportan de forma diferente requiere un breve repaso metalúrgico.

Inconel 625 - mecanismo

• La resistencia se debe principalmente al refuerzo de la solución sólida. El niobio y el molibdeno se disuelven en la matriz de níquel, aumentando la resistencia de la red a la deformación. Esto produce una combinación de buena ductilidad y resistencia a altas temperaturas sin necesidad de complejos tratamientos de envejecimiento.

• La microestructura del 625 forjado sigue siendo en gran medida una matriz de níquel cúbica centrada en la cara con elementos refractarios distribuidos uniformemente. Pueden formarse algunas fases secundarias en historias térmicas extremas, pero el procesamiento estándar mantiene la matriz estable.

Inconel 713C - mecanismo

• El 713C está diseñado para el endurecimiento por precipitación. El alto contenido de aluminio y titanio produce gamma prime (Ni3(Al,Ti)) y otros precipitados reforzantes. Los carburos y boruros en los límites de grano también contribuyen a la resistencia a la fluencia y a la rotura.

• El tratamiento térmico de la fundición de 713C suele consistir en un tratamiento en solución seguido de envejecimiento para desarrollar la distribución óptima de precipitados para cargas estructurales a alta temperatura. Este tratamiento térmico es más complejo y más crítico para las propiedades finales que en el caso del 625.

Implicaciones prácticas

• El 625 ofrece una tenacidad fiable y un tratamiento térmico más sencillo, lo que ayuda en las fabricaciones soldadas.

• El 713C proporciona una capacidad de carga sostenida mucho mayor a temperatura elevada cuando se funde y envejece adecuadamente, pero la microestructura es sensible a la calidad de la fundición y a los ciclos térmicos.

Propiedades mecánicas a temperatura ambiente y elevada

A continuación se indican valores representativos. Para los trabajos de diseño, utilice los datos certificados del proveedor y las especificaciones de compra de materiales aplicables.

Tabla: Propiedades mecánicas representativas (rangos típicos)

Nota: las cifras exactas varían según la forma del producto, el procesamiento del proveedor y la certificación. Solicite siempre certificados de laminación para las piezas críticas. La hoja de datos de metales especiales y los catálogos del fabricante siguen siendo la autoridad de diseño para los valores numéricos.

Resistencia a la corrosión y a la oxidación

El comportamiento frente a la corrosión suele dictar la selección de la aleación en entornos agresivos.

• Inconel 625: Presenta una excelente resistencia a las picaduras de cloruro, la corrosión por intersticios y el agrietamiento por corrosión bajo tensión. Su alto contenido en molibdeno y cromo le confiere resistencia a los ácidos oxidantes y reductores y a las aguas cargadas de cloruros, por lo que se utiliza mucho en procesos químicos, aplicaciones de agua de mar y muchos entornos de petróleo y gas. Para conocer la compatibilidad con servicios sulfurosos y ácidos, consulte las cualificaciones NACE/ISO.

• Inconel 713C: La resistencia a la oxidación es buena debido a la base de níquel-cromo, pero la resistencia general a la corrosión en entornos acuosos o de haluros es generalmente menos robusta que la del 625 debido al menor contenido de cromo y molibdeno. El 713C está optimizado para la resistencia a la oxidación a alta temperatura y la fatiga térmica más que para la corrosión acuosa.

Tabla: Comparación práctica de la corrosión (cualitativa)

Comportamiento de la fabricación, la soldadura y la fundición

Estas aleaciones requieren diferentes rutas de fabricación y prácticas de taller.

• Formas y fabricación

  • El 625 suele estar disponible en formas forjadas: chapa, placa, barra, tubo, piezas forjadas y alambre. Los talleres de fabricación sueldan, conforman y mecanizan el 625 siguiendo prácticas bien establecidas. Los procedimientos de soldadura son tolerantes y la aleación no necesita un tratamiento térmico exhaustivo posterior a la soldadura para recuperar su resistencia.

  • El 713C es una aleación de fundición producida normalmente mediante fundición a la cera perdida o fundición de precisión en arena. Los componentes de fundición requieren un control cuidadoso de la solidificación, el tratamiento térmico y la inspección posterior a la fundición para evitar la porosidad y la segregación. El mecanizado de las superaleaciones de fundición y el acabado de las características de los componentes de fundición pueden suponer un reto.

• Soldadura

  • 625: buena soldabilidad con técnicas comunes y metales de aportación adecuados. Mínima susceptibilidad al agrietamiento.

  • 713C: se suele evitar la soldadura para reparaciones estructurales debido a la sensibilidad de la microestructura de fundición. Cuando es necesario soldar para realizar reparaciones, es esencial contar con procedimientos especializados y soldadores cualificados.

• Mecanizado

  • Ambas aleaciones se endurecen con el trabajo y provocan el desgaste de las herramientas. El mecanizado de piezas fundidas de 713C puede ser más duro debido a los precipitados y las redes de carburo.

Formas típicas, aplicaciones y casos de uso en la industria

Usos comunes de Inconel 625

• Intercambiadores de calor y tuberías en plantas químicas

• Válvulas para agua de mar, bridas y componentes para ingeniería naval

• Carcasas de motores de cohetes y aplicaciones criogénicas en las que se requiere resistencia a la corrosión y tenacidad.

• Componentes de centrales nucleares y equipos de control de la contaminación

• Sistemas de manipulación de petróleo y gas que se enfrentan a la corrosión por cloruros y a la exposición al H2S.

Usos comunes de Inconel 713C

• Discos de turbina de fundición para motores aeronáuticos, piezas de la cámara de combustión y del estator, cubiertas y otros componentes de la sección caliente.

• Componentes de fundición de turbinas de gas industriales, piezas de quemadores y accesorios en los que se necesita una alta resistencia a la fluencia y a la fatiga térmica.

• Cualquier aplicación en la que se requiera una pieza estructural de precisión fundida a alta temperatura y la soldadura/fabricación sea mínima.

Normas, pliegos de condiciones y notas de contratación

Los ingenieros consultan las especificaciones y normas de los materiales durante la adquisición. Las referencias típicas incluyen:

• Inconel 625: ASTM B443 para tubos sin soldadura y soldados; especificaciones de producto AMS para formas de chapa/tira/placa; designación UNS N06625 utilizada en todo el mundo. Los boletines técnicos de los fabricantes proporcionan los límites del producto y los datos mecánicos.

• Inconel 713C: A menudo se especifica mediante la designación de aleación "713C" (o 713LC en algunas variantes de fundición) con informes de ensayos de fundición y documentación de tratamiento térmico de la colada. Los diseñadores deben exigir ensayos de aceptación de la fundición que incluyan ensayos de tracción, rotura por fluencia, tamaño de grano, dureza e inspecciones no destructivas.

Al realizar pedidos de componentes críticos, incluya el tratamiento térmico, el tamaño de grano, los requisitos de END y los criterios de aceptación en los documentos de pedido. En el caso de servicios ácidos o petrolíferos, incluya las certificaciones NACE/ISO cuando sea necesario.

Matriz de decisiones de selección y recomendaciones de ingeniería

Los ingenieros suelen sopesar varios factores. A continuación se muestra un flujo de decisión condensado.

Cuándo especificar Inconel 625

• Exposición a líquidos que contengan cloruros o a agentes que produzcan picaduras

• Necesidad de ensamblajes soldados o fabricación extensiva

• Exigencia de tenacidad y resistencia a la corrosión en un amplio intervalo de temperaturas

• Situaciones en las que se requieren propiedades mecánicas forjadas predecibles y trazabilidad de la certificación.

Cuándo especificar Inconel 713C

• El trabajo implica cargas mecánicas sostenidas a temperaturas elevadas en las que la resistencia a la fluencia es importante.

• La geometría de las piezas se adapta a la fundición y la soldadura será mínima

• Cuando la fatiga térmica o las exigencias mecánicas cíclicas a alta temperatura rigen la predicción de la vida útil

Ejemplo de lista de control para la selección

• ¿Medios corrosivos presentes? Prefiero 625.

• ¿Necesidad de geometría compleja de fundición y máxima resistencia a la fluencia? Prefiera el 713C.

• ¿Es probable que la soldadura se repare en servicio? Prefiero 625.

• ¿Es la fatiga térmica cíclica en la corriente de gas caliente un riesgo importante? Prefiero 713C donde la microestructura de fundición está optimizada.

Coste, disponibilidad y cadena de suministro

• Coste del material fluctúa con los precios de las materias primas níquel, molibdeno y niobio. Las barras y chapas forjadas de 625 pueden obtenerse de múltiples proveedores mundiales. Los plazos de entrega de piezas forjadas a medida pueden ser más largos.

• 713C Las piezas de fundición son más especializadas. Los plazos de entrega reflejan los plazos de la fundición, la fabricación de modelos y los tratamientos térmicos posteriores a la fundición. Los costes aumentan con la complejidad de la fundición y la inspección necesaria.

• Para grandes adquisiciones, solicite la disponibilidad actual del laminador, los registros de tratamiento térmico y la trazabilidad del proveedor para evitar retrasos en la entrega.

Consejos prácticos de mecanizado, inspección y mantenimiento

• Utilizar herramientas de metal duro y velocidades de corte bajas para mitigar el endurecimiento por deformación. Las estrategias de refrigeración que controlan los gradientes térmicos contribuyen a la vida útil de la herramienta.

• Para las piezas de fundición 713C, inspeccione la porosidad interna mediante radiografía o ultrasonidos. La porosidad puede limitar el servicio.

• Preste atención a los registros de tratamiento térmico; el envejecimiento inadecuado del 713C degrada la vida de fluencia, mientras que los ciclos térmicos inadecuados en el 625 pueden promover precipitados indeseables.

• En servicio agrio o submarino, exigir declaraciones de conformidad NACE MR0175 / ISO 15156 cuando proceda.

Ejemplos y modos de fallo

• Caja: Cuerpo de válvula marino - un cliente pasó de 316L a Inconel 625 cuando las picaduras en servicio de cloruro estaban causando una vida útil corta. Los componentes de 625 consiguieron un mayor tiempo medio entre averías y permitieron reparaciones soldadas.

• Caso: Estator de turbina - una fundición suministró piezas fundidas de 713C para álabes de conductos de gas caliente; el estricto control de la porosidad y los ciclos de envejecimiento prolongaron la vida de fluencia de los componentes.

• Modos de fallo - Los fallos del 625 suelen estar relacionados con sobrecargas mecánicas o corrosión localizada extrema cuando faltan revestimientos/inspecciones. Los fallos del 713C suelen tener su origen en defectos de fundición, tratamiento térmico inadecuado o fatiga por ciclos elevados en filetes mal diseñados.

Preguntas frecuentes

1. ¿Puede el Inconel 625 sustituir al 713C en las aplicaciones de turbinas?
   No; el 625 carece de la microestructura de endurecimiento por precipitación para igualar la resistencia a la fluencia a largo plazo del 713C en trayectorias de gas caliente. Realice una evaluación técnica exhaustiva antes de sustituirlo.

2. ¿Es soldable el 713C?
   La soldadura de fundición 713C para la reparación estructural es difícil y normalmente se evita. Los especialistas deben seguir procedimientos cualificados cuando la soldadura sea obligatoria.

3. ¿Qué aleación es más resistente a la corrosión bajo tensión inducida por cloruros?
   El Inconel 625 presenta una resistencia superior a las picaduras de cloruro y al agrietamiento por corrosión bajo tensión debido a su mayor contenido en cromo, molibdeno y niobio.

4. ¿Son ambas aleaciones a base de níquel?
   Sí; ambas son superaleaciones a base de níquel, pero el énfasis del diseño y los elementos de aleación secundarios difieren drásticamente.

5. ¿Se puede endurecer por precipitación el 625?
   La 625 es principalmente una aleación reforzada por disolución. Algunos tratamientos térmicos especializados crean fases secundarias limitadas, pero no está diseñada para el refuerzo clásico por precipitación gamma prime.

6. ¿Qué aleación es más fácil de obtener en planchas y chapas?
   El Inconel 625 está ampliamente disponible en planchas y chapas forjadas; el 713C sólo lo fabrican normalmente las empresas de fundición.

7. ¿Cómo se especifican las pruebas para las piezas fundidas de 713C?
   Exigir informes de tracción, rotura por fluencia, dureza, metalografía y END con cada tratamiento térmico. Pedir a la fundición que proporcione registros de los ciclos de tratamiento térmico.

8. ¿Es magnética alguna de las dos aleaciones?
   Ambas aleaciones son esencialmente no magnéticas en condiciones típicas debido a las características de la matriz de níquel. Puede aparecer una ligera respuesta magnética tras un trabajo en frío específico.

9. ¿Cuál tiene mayor capacidad de temperatura de servicio?
   Ambos funcionan bien a temperaturas elevadas, pero el 713C está diseñado para soportar cargas estructurales a altas temperaturas si se funde y envejece adecuadamente. El 625 tiene un buen comportamiento frente a la corrosión y una resistencia moderada a temperaturas elevadas.

10. ¿Qué certificaciones debo solicitar al comprar una u otra aleación?
    Solicite certificados de ensayos de laminación con registros de composición química, tracción y tratamiento térmico para ambas aleaciones. Para la 625, compruebe las designaciones ASTM/AMS/ASME. Para 713C, solicite informes de ensayos de fundición y detalles del ciclo de envejecimiento.

Lista de comprobación de ingeniería final antes de la especificación

• Confirmar el entorno de funcionamiento: ¿líquidos corrosivos o carga estructural de gas caliente?

• Seleccione la forma del producto: forjado 625 o fundido 713C en función de la geometría y las necesidades de fabricación.

• Solicite a los proveedores certificados de laminación/fundición, ciclos de tratamiento térmico e informes de END.

• Si el servicio incluye cloruros, prefiera 625. Si predomina la carga sostenida a alta temperatura, prefiera 713C con envejecimiento especificado.

• Tenga en cuenta el plazo de entrega de las piezas de fundición y las rigurosas inspecciones cuando elija el 713C.