Aliatges de níquel

Els aliatges de níquel, a causa de la seva excel·lent resistència a la corrosió i resistència a les altes temperatures, s'utilitzen àmpliament en aplicacions industrials crítiques. No obstant això, la soldadura d'aquests aliatges planteja diversos reptes a causa de la seva composició química i propietats físiques. La soldadura d'aliatges de níquel requereix una consideració acurada dels paràmetres del procés i la selecció de materials de farciment adequats per mitigar els riscos d'efectes nocius com ara esquerdes en calent, trastorns de solidificació i enduriment excessiu de la zona afectada per la calor (HAZ). Una de les principals preocupacions a l'hora de soldar aliatges de níquel és la tendència del metall de soldadura a ser sensible a les esquerdes calentes. Això es deu al fet que els aliatges de níquel tenen una gran afinitat pel sofre, la qual cosa pot provocar la formació d'inclusions de sulfur de níquel durant la solidificació. Per minimitzar aquest risc, pot ser necessari un preescalfament per reduir el nivell d'hidrogen difusible i alentir la velocitat de refredament de la piscina de soldadura. Sovint també es requereix un tractament tèrmic posterior a la soldadura per alleujar les tensions residuals i redistribuir els precipitats, la qual cosa ajuda a reduir la duresa i la susceptibilitat a les esquerdes. La selecció del procés de soldadura adequat és crucial per a la soldadura amb èxit d'aliatges de níquel. Els processos de soldadura habituals inclouen la soldadura per arc de tungstè amb gas (GTAW), la soldadura per arc metàl·lic amb gas (GMAW), la soldadura per feix d'electrons (EBW) i la soldadura de costura per resistència. GTAW es prefereix amb freqüència per la seva precisió i la seva capacitat de produir soldadures netes amb esquitxades mínimes. GMAW, amb les seves taxes de deposició més altes, també és una opció viable, però requereix un control acurat dels gasos de protecció i l'entrada de calor. EBW ofereix una penetració profunda i és molt adequat per soldar seccions primes o unir metalls diferents. La selecció de metalls de farciment és un altre aspecte clau de la soldadura d'aliatges de níquel. Els metalls d'aportació han de ser compatibles amb el metall base i proporcionar la resistència a la corrosió i les propietats mecàniques necessàries. Els metalls d'aportació a base de níquel s'utilitzen habitualment i es poden combinar o no coincidir amb l'aliatge base, depenent de les condicions de servei i les propietats requerides. El metall d'aportació també s'ha de desgasificar a fons abans d'utilitzar-lo per evitar l'atrapament d'hidrogen, que pot provocar tancaments en fred o altres defectes. Els consumibles com ara fluxos o gasos inerts com l'argó o l'heli es poden utilitzar per protegir la soldadura de la contaminació atmosfèrica i per estabilitzar l'arc. En alguns casos, els fluxos també poden ajudar a la formació d'escòries, cosa que pot ajudar a prevenir la contaminació del metall de soldadura.

Els aliatges de níquel són coneguts per les seves excel·lents propietats mecàniques i la seva resistència a la corrosió a altes temperatures, en gran part a causa dels processos de tractament tèrmic que perfeccionen les seves microestructures i optimitzen el seu rendiment. El tractament tèrmic implica una sèrie de processos com ara el recuit, el tractament amb solució, l'envelliment, l'enduriment per precipitació i el tremp, cadascun adaptat a les característiques i requisits específics de l'aliatge de níquel en qüestió. El recuit és un procés de tractament tèrmic comú aplicat als aliatges de níquel per alleujar les tensions internes, millorar la ductilitat i facilitar la conformació o el mecanitzat. Durant el recuit, l'aliatge s'escalfa a una temperatura superior a la temperatura de recristal·lització i després es refreda a una velocitat adequada. Aquest procés permet créixer nous grans sense tensió, eliminant eficaçment els efectes d'enduriment del treball anterior. El tractament amb solució, també conegut com a recuit complet, s'utilitza per aconseguir una microestructura monofàsica en aliatges de níquel enduribles per envelliment. Aquest tractament consisteix a elevar l'aliatge a una temperatura per sobre del límit de solubilitat sòlida dels elements de reforç i després apagar-lo ràpidament per congelar-se en aquests elements en solució sòlida. Aquest procés és preparatori per als posteriors tractaments d'envelliment o precipitació. L'enduriment per precipitació és un mètode utilitzat per augmentar significativament la resistència elàstica dels aliatges de níquel. Després del tractament en solució, l'aliatge es sotmet a un cicle de calefacció controlat que afavoreix la precipitació de determinades fases dins de la matriu. La velocitat de refredament després d'aquest tractament pot afectar la mida i la distribució dels precipitats, que al seu torn determina les propietats mecàniques de l'aliatge. L'enduriment per envelliment és un procés relacionat on l'aliatge es manté a temperatures elevades durant intervals de temps específics per induir la precipitació de les fases d'enduriment. Aquest procés es controla acuradament per aconseguir la resistència desitjada sense comprometre excessivament la ductilitat. Controlar els paràmetres del tractament tèrmic, com ara la temperatura, el temps, les velocitats d'escalfament i refrigeració, i la naturalesa dels cicles tèrmics, és crucial per assolir les propietats desitjades en els aliatges de níquel. Per exemple, una velocitat de refredament massa ràpida pot donar lloc a tensions retingudes o una microestructura no homogènia, mentre que una velocitat massa lenta pot permetre que les fases no desitjades precipitin prematurament. L'eficàcia del tractament tèrmic dels aliatges de níquel depèn de la composició de l'aliatge i de les condicions específiques de servei que es trobarà. Alguns aliatges poden requerir múltiples passos de tractament tèrmic o combinacions d'aquests per aconseguir un equilibri òptim entre resistència, ductilitat i resistència a la corrosió.