
Las aleaciones forjadas de alta temperatura a base de hierro son una clase de materiales metálicos con hierro (Fe) como elemento principal, diseñados para mantener una buena resistencia mecánica y resistencia a la degradación (como la oxidación) a temperaturas elevadas, generalmente en el rango de 540 °C a 760 °C (1000 °F a 1400 °F). La designación "forjado" indica que se les da forma mediante procesos termomecánicos como el laminado en caliente, el forjado o la extrusión, que refinan su microestructura para proporcionar una combinación favorable de resistencia, ductilidad y fabricabilidad.
Sirven como una solución rentable y muy versátil para una amplia gama de aplicaciones de alta temperatura, cerrando la brecha de rendimiento entre los aceros inoxidables y las superaleaciones más caras a base de níquel o cobalto.
Buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fluencia: Resisten la deformación y la deformación (fluencia) lenta y dependiente del tiempo bajo carga mecánica a temperaturas elevadas, aunque su límite de temperatura superior es generalmente más bajo que el de las superaleaciones a base de níquel.
Excelente resistencia a la oxidación y la corrosión: una característica clave es su capacidad para formar una incrustación protectora y adherente de cromia (Cr₂O₃) en la superficie, gracias al alto contenido de cromo (normalmente entre 12 y 28%). Muchos grados también contienen silicio (Si) y aluminio (Al) para formar escamas aún más estables.
Rentabilidad: Basados en una matriz de hierro, son significativamente menos costosos que las alternativas basadas en níquel o cobalto, lo que los convierte en el material elegido para aplicaciones a gran escala o sensibles a los costos.
Buena fabricabilidad: Su naturaleza forjada significa que se pueden formar, mecanizar y soldar fácilmente en componentes complejos utilizando prácticas industriales estándar.
El rendimiento a alta temperatura de estas aleaciones se logra mediante varios mecanismos sinérgicos:
Fortalecimiento de solución sólida: elementos como molibdeno (Mo), tungsteno (W) y cromo (Cr) se disuelven en la matriz de hierro, impidiendo el movimiento de dislocación y proporcionando resistencia básica.
Fortalecimiento por precipitación de carburo: la formación de carburos estables (p. ej., M₂₃C₆, MC, donde M es Cr, Mo, Nb) en los límites de los granos y dentro de los granos ayuda a fijar las dislocaciones y los límites de los granos, mejorando la fuerza y la resistencia a la fluencia.
Precipitación de nitruros y carbonitruros: en ciertas aleaciones, elementos como el niobio (Nb) y el titanio (Ti) forman nitruros o carbonitruros finos que proporcionan un refuerzo adicional por precipitación.
Estabilidad microestructural: Las composiciones de aleación están equilibradas para resistir el engrosamiento de estas fases de refuerzo y la formación de compuestos intermetálicos perjudiciales durante la exposición prolongada al calor.
Las aleaciones forjadas de alta temperatura a base de hierro son caballos de batalla en numerosas industrias:
Generación de energía:
Álabes y discos de turbinas en turbinas de vapor y etapas de baja temperatura de turbinas de gas.
Tuberías para calderas, tubos para sobrecalentadores y recalentadores e intercambiadores de calor en plantas de energía de combustibles fósiles.
Automotriz:
Carcasas de turbocompresor (carcasas de turbina) que deben soportar temperaturas de los gases de escape.
Colectores de escape y bajantes.
Hornos industriales y tratamiento térmico:
Tubos radiantes, muflas, bandejas y cestas utilizados en cementación, recocido y otros procesos de tratamiento térmico.
Petroquímica y Refinación:
Tuberías para serpentines de hornos y tuberías para corrientes de procesos de alta temperatura en reformadores y craqueadores catalíticos.
La siguiente tabla resume las características clave para una descripción general rápida:
| Característica | Descripción | ventaja |
| Elemento base | Hierro (Fe), con alto Cromo (Cr) contenido. | Proporciona una base rentable con resistencia inherente a la oxidación. |
| Ruta de fabricación | Procesamiento Termomecánico (Laminación en Caliente, Forja). | Da como resultado una estructura uniforme y de grano fino con buena ductilidad y tenacidad. |
| Fortalecedores clave | Solución Sólida (Mo, W); Carburos (Cr, Nb, Mo). | Proporciona una combinación equilibrada de resistencia a altas temperaturas y estabilidad microestructural. |
| Rango de temperatura | Buen rendimiento hasta ~760°C (1400°F). | Llena la brecha crítica de rendimiento entre los aceros inoxidables estándar y las superaleaciones de níquel. |
| Beneficio clave | Un equilibrio óptimo entre rendimiento, fabricabilidad y costo. | La solución más económica para una gran cantidad de desafíos de ingeniería de alta temperatura. |
| Aleaciones y tipos comunes | Austenítico (por ejemplo, 304H, 316H, 321H, 347H); Ferrítico (por ejemplo, 446); Endurecible por precipitación (p. ej., A-286, 17-4PH). | Ofrece una amplia selección para diferentes requisitos de temperatura, resistencia y corrosión. |
En resumen, Aleaciones forjadas de alta temperatura a base de hierro son una clase fundamental y versátil de materiales que permiten una gran parte de la ingeniería moderna de alta temperatura. Su desarrollo representa una optimización magistral de costes y prestaciones, haciéndolos indispensables para aplicaciones que van desde el coche familiar hasta la central eléctrica que suministra su electricidad.