Efecto de los cambios microestructurales sobre la medida de la integridad con ultrasonido en una superaleación policristalina

Abstract

Este trabajo inicia con una revisión bibliográfica relativa a las turbinas a gas y la importancia de las superaleaciones para la fabricación de componentes de la zona de flujo de gases calientes en las turbinas de ciclo Brayton, estas turbinas usan en dicha zona diferentes tipos de superaleaciones las cuales poseen una al resistencia a esfuerzos termomecánicos, creep, corrosión, entre otras cualidades que hacen de este material uno de los principales para trabajar en ambientes de alta temperatura y ambientes corrosivos. Las superaleaciones poseen diferentes fases incluyendo γ, γ’, γ’’, δ, μ, laves y carburos MC, M6C y M23C6. Las fases δ, μ y laves son no deseadas ya que deterioran las propiedades de resistencia que caracterizan al material. En la teoría se encuentra la importancia de los ensayos no destructivos (END) en el medio de evaluación de la integridad en componentes de turbinas a gas, una de las técnicas no destructivas es el ultrasonido Phased array, con la cual se envían pulsos ultrasónicos en el material, estos pulsos se transforman en ecos al encontrar discontinuidades en el material tales como poros o grietas. Además de poder identificar defectos como los mencionados, se pueden conocer los efectos que causa la microestructura del material sobre la energía de la onda ultrasónica, un ejemplo es el tamaño de grano y la interacción con las ondas ultrasónicas para determinadas longitudes de ondas, lo cual permite medir la atenuación y mediante modelos matemáticos poder encontrar valores de diferentes módulos del material y hasta inferir en el tamaño de grano. Los resultados de esta tesis muestran que existe una relación entre el tamaño de grano y la atenuación ultrasónica, la cual varia a medida que se cambia la frecuencia de la onda que interactúa con el material de estudio, que para este caso fue la superaleación Inconel 625, a la cual se le realizaron tratamientos térmicos de recristalización y de esta manera hacer que el tamaño de grano aumentara significativamente y de este modo poder tener una información precisa sobre tamaño de grano, frecuencia, velocidad del sonido y atenuación ultrasónica. (tomado de la fuente)

The inconel superalloy 625, it’s been used in the field as a raw material in the manufacture of containers for the storage of petrochemical substances, in pipelines under the surface of the sea and as a substrate in different components of gas turbines of the Brayton cycle and combined cycles, in which the substrate (Inconel 625) can reach temperatures of 1200 ° C (Gómez, 2012) and it is indispensable to carry out preventive and predictive inspections due to the extreme conditions of the medium in which the material, using technics non destructive testing (NDT). The Inconel 625 superalloy is made up of FCC crystalline cells and an equiaxial crystalline structure in which the different phases including γ, γ ', γ' ', δ, μ, laves and MC, M6C and M23C6 carbides are housed. The δ, μ and laves phases are undesired since they deteriorate the resistance properties that characterize the material. Due to its crystalline structure, ultrasonic inspection can be performed on the microstructural changes that occur in the material when it is subjected to recrystallization heat treatments, as observed in this study, where the material was subjected to different temperatures starting from 800 ° C until 1100 ° C, where it was found and reported that the grain size increases significantly as the treatment temperature increases, generating an ultrasonic distortion and attenuation of the wave emitted by the Phased Array system at the time of performing an inspection of the material.