
Els aliatges d'alta temperatura forjats a base de ferro són una classe de materials metàl·lics amb ferro (Fe) com a element principal, dissenyats per mantenir una bona resistència mecànica i resistència a la degradació (com l'oxidació) a temperatures elevades, normalment en el rang de 540 °C a 760 °C (1000 °F a 1400 °F). La designació "forjada" indica que estan conformades per processos termomecànics com ara laminació en calent, forja o extrusió, que refinen la seva microestructura per proporcionar una combinació favorable de resistència, ductilitat i fabricabilitat.
Serveixen com una solució rendible i altament versàtil per a una àmplia gamma d'aplicacions d'alta temperatura, superant la bretxa de rendiment entre els acers inoxidables i els superaliatges més cars a base de níquel o cobalt.
Bona resistència a alta temperatura i resistència a la fluència: resisteixen la deformació i la tensió lenta i depenent del temps (fluència) sota càrrega mecànica a temperatures elevades, tot i que el seu límit de temperatura superior és generalment inferior al dels superaliatges a base de níquel.
Excel·lent resistència a l'oxidació i a la corrosió: una característica clau és la seva capacitat de formar una escala protectora i adherent de cromia (Cr₂O₃) a la superfície, gràcies a l'alt contingut de crom (normalment 12-28%). Molts graus també contenen silici (Si) i alumini (Al) per formar escales encara més estables.
Rentabilitat: basats en una matriu de ferro, són significativament menys costosos que les alternatives a base de níquel o cobalt, el que els converteix en el material preferit per a aplicacions a gran escala o sensibles als costos.
Bona fabricabilitat: la seva naturalesa forjada significa que es poden formar, mecanitzar i soldar fàcilment en components complexos mitjançant pràctiques industrials estàndard.
El rendiment a alta temperatura d'aquests aliatges s'aconsegueix mitjançant diversos mecanismes sinèrgics:
Enfortiment de la solució sòlida: elements com el molibdè (Mo), el tungstè (W) i el crom (Cr) es dissolen a la matriu de ferro, impedint el moviment de dislocació i proporcionant força de base.
Enfortiment de la precipitació del carbur: la formació de carburs estables (per exemple, M₂₃C₆, MC, on M és Cr, Mo, Nb) als límits del gra i dins dels grans ajuda a fixar les dislocacions i els límits del gra, millorant la força i la resistència a la fluència.
Precipitació de nitrur i carbonitrur: en determinats aliatges, elements com el niobi (Nb) i el titani (Ti) formen nitrurs o carbonitrurs fins que proporcionen un reforç addicional de la precipitació.
Estabilitat microestructural: les composicions d'aliatge estan equilibrades per resistir l'engreixament d'aquestes fases d'enfortiment i la formació de compostos intermetàl·lics perjudicials durant l'exposició a llarg termini a la calor.
Els aliatges d'alta temperatura forjats a base de ferro són cavalls de batalla en nombroses indústries:
Generació d'energia:
Pales i discos de turbines en turbines de vapor i etapes de baixa temperatura de turbines de gas.
Tubs de caldera, tubs de sobreescalfador i reescalfador i intercanviadors de calor a les centrals elèctriques de combustibles fòssils.
Automoció:
Carcassas de turbocompressors (Turbine Housings) que han de suportar les temperatures dels gasos d'escapament.
Colectors d'escapament i baixants.
Forns industrials i tractament tèrmic:
Tubs radiants, mufles, safates i cistelles utilitzats en processos de cementació, recuit i altres tractaments tèrmics.
Petroquímica i refinació:
Tubs per a bobines de forn i canonades per a corrents de procés d'alta temperatura en crackers catalítics i reformadors.
La taula següent resumeix les característiques principals per a una visió general ràpida:
| Característica | Descripció | Avantatge |
| Element base | Ferro (Fe), amb alt Crom (Cr) contingut. | Proporciona una base rendible amb resistència a l'oxidació inherent. |
| Ruta de fabricació | Processament termomecànic (laminació en calent, forja). | Resulta una estructura uniforme i de gra fi amb bona ductilitat i duresa. |
| Reforçadors clau | Solució sòlida (Mo, W); Carburs (Cr, Nb, Mo). | Proporciona una combinació equilibrada de resistència a alta temperatura i estabilitat microestructural. |
| Interval de temperatura | Bon rendiment fins a ~760 °C (1400 °F). | Omple el buit de rendiment crític entre els acers inoxidables estàndard i els superaliatges de níquel. |
| Benefici clau | Un equilibri òptim de rendiment, fabricabilitat i cost. | La solució més econòmica per a un gran nombre de reptes d'enginyeria d'alta temperatura. |
| Tipus i aliatges comuns | Austenític (p. ex., 304H, 316H, 321H, 347H); Ferrític (p. ex., 446); Precipitació-endurible (p. ex., A-286, 17-4PH). | Ofereix una àmplia selecció per a diferents requisits de temperatura, resistència i corrosió. |
En resum, Aliatges d'alta temperatura forjats a base de ferro són una classe fonamental i versàtil de materials que permeten una gran part de l'enginyeria moderna d'alta temperatura. El seu desenvolupament representa una optimització magistral de costos i rendiment, fent-los indispensables per a aplicacions que van des del cotxe familiar fins a la central elèctrica que subministra la seva electricitat.