Inconel 718
El Inconel 718 (Alloy 718, UNS N07718, W.-Nr. 2.4668) es una superaleación de níquel-cromo endurecible por precipitación que mantiene resistencias superiores a 1.000 MPa hasta unos 650 °C. Es el material de referencia en turbinas aeronáuticas, oil & gas y nuclear, y uno de los materiales más difíciles de mecanizar de la industria.
Resumen
El Inconel 718 (denominación genérica Alloy 718; UNS N07718; designación europea 2.4668 / NiCr19Fe19Nb5Mo3) es una superaleación de base níquel-cromo endurecible por precipitación, desarrollada a finales de los años 50 y convertida desde entonces en la superaleación más utilizada del mundo: se estima que representa la mayor parte del tonelaje de superaleaciones forjadas para motores de aviación.
Su propiedad definitoria es conservar resistencia mecánica, tenacidad y resistencia a la fluencia (creep) y a la fatiga en un rango de temperaturas que va desde condiciones criogénicas (−253 °C) hasta unos 650-700 °C, junto con excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión. El endurecimiento se debe a la precipitación de la fase γ'' (Ni₃Nb), aportada por su característico contenido de niobio, complementada por la fase γ' (Ni₃(Al,Ti)). A diferencia de otras aleaciones endurecibles, su cinética de envejecimiento lenta le da buena soldabilidad, una de las razones de su éxito industrial.
Para el taller, el Inconel 718 es sinónimo de mecanizado extremo: índice de maquinabilidad de un solo dígito o poco más, desgaste acelerado de herramienta, fuerzas y temperaturas de corte muy altas. Trabajarlo de forma rentable exige máquinas rígidas, estrategias específicas y experiencia acumulada, motivo por el que su mecanizado se concentra en talleres especializados que sirven a la aeronáutica, el oil & gas y la energía.
Composición
Composición química según UNS N07718 / AMS 5662, en % en masa:
| Elemento | Mínimo | Máximo |
|---|---|---|
| Níquel (+ Co) | 50,0 | 55,0 |
| Cromo (Cr) | 17,0 | 21,0 |
| Hierro (Fe) | resto (~17) | — |
| Niobio + Tántalo (Nb+Ta) | 4,75 | 5,50 |
| Molibdeno (Mo) | 2,80 | 3,30 |
| Titanio (Ti) | 0,65 | 1,15 |
| Aluminio (Al) | 0,20 | 0,80 |
| Cobalto (Co) | — | 1,00 |
| Carbono (C) | — | 0,08 |
| Manganeso (Mn) | — | 0,35 |
| Silicio (Si) | — | 0,35 |
| Cobre (Cu) | — | 0,30 |
| Boro (B) | — | 0,006 |
El niobio es el elemento clave: forma la fase endurecedora γ'' (Ni₃Nb) durante el envejecimiento y carburos de niobio (NbC) muy duros y abrasivos, responsables en buena parte del desgaste de herramienta. El cromo aporta la resistencia a oxidación y corrosión; el molibdeno, resistencia en caliente y frente a corrosión localizada; y la elevada proporción de hierro (~17-19 %) abarata la aleación frente a otras superaleaciones de níquel como el Inconel 625 o el Waspaloy.
Propiedades mecánicas
Las propiedades dependen del tratamiento térmico. El ciclo estándar aeronáutico (AMS 5662/5663) consiste en solubilización a 925-1.010 °C seguida de doble envejecimiento (718 °C / 8 h + 621 °C / 8 h).
| Propiedad (20 °C) | Solubilizado | Solubilizado + envejecido |
|---|---|---|
| Límite elástico Rp0,2 (MPa) | ~400 – 550 | ≥ 1.034 (típico 1.100 – 1.200) |
| Resistencia Rm (MPa) | ~800 – 950 | ≥ 1.275 (típico 1.300 – 1.450) |
| Alargamiento A (%) | ~30 – 45 | ≥ 12 |
| Dureza | ~20 – 30 HRC | 36 – 45 HRC |
A 650 °C el material envejecido conserva todavía Rm ≥ 1.000 MPa y Rp0,2 ≥ 860 MPa, el dato que justifica su uso en turbomaquinaria.
Propiedades físicas de referencia:
- Densidad: 8,19 g/cm³.
- Conductividad térmica: ~11 W/(m·K) a temperatura ambiente, de las más bajas entre los metales estructurales: el calor de corte no se evacúa por la pieza ni por la viruta.
- Módulo elástico: ~200 GPa.
- Rango de servicio: criogénico hasta ~650-700 °C (por encima, la fase γ'' se desestabiliza y se recurre a aleaciones como Waspaloy o René 41).
Para oil & gas existe una variante de tratamiento específica (API 6A718) con un solo envejecimiento, limitada a 40 HRC máximo, optimizada para resistencia a fragilización por hidrógeno y servicio ácido.
Maquinabilidad
El Inconel 718 está entre los materiales metálicos más difíciles de mecanizar: su índice de maquinabilidad se estima en torno al 8-15 % (base AISI 1212 = 100). Las causas se acumulan: mantiene su resistencia a la temperatura del filo, endurece fuertemente por deformación, contiene carburos de niobio abrasivos, su conductividad térmica es bajísima (el calor se concentra en la herramienta) y produce desgaste en entalla característico en la línea de profundidad de corte.
Parámetros orientativos en estado envejecido (36-45 HRC):
| Operación | Herramienta | Vc (m/min) | Avance |
|---|---|---|---|
| Torneado desbaste | Metal duro recubierto (S15-S25) | 25 – 45 | 0,15 – 0,30 mm/rev |
| Torneado acabado | Metal duro (S05-S15) | 40 – 60 | 0,10 – 0,18 mm/rev |
| Torneado desbaste | Cerámica whisker / SiAlON | 150 – 250 | 0,12 – 0,20 mm/rev |
| Fresado | Metal duro integral | 20 – 40 | 0,04 – 0,10 mm/diente |
| Taladrado | Broca metal duro | 15 – 30 | 0,05 – 0,15 mm/rev |
Buenas prácticas asentadas: máquinas y amarres de máxima rigidez; refrigeración a alta presión (70-80 bar o más) dirigida al filo; pasadas que varíen la profundidad para repartir el desgaste en entalla; filos tenaces con honing controlado; vigilar la integridad superficial (la aeronáutica limita capas blancas, tensiones residuales y deformación plástica subsuperficial, con velocidades y desgastes de herramienta acotados por especificación). En estado solubilizado (~25 HRC) se mecaniza algo mejor, por lo que cuando el diseño lo permite se desbasta antes de envejecer.
En España, este material se concentra en talleres con experiencia en superaleaciones como Izadi Mecanizados, que incluye el Inconel entre los materiales que mecaniza habitualmente para sectores como oil & gas y aeronáutica.
Aplicaciones
El reparto de aplicaciones del Inconel 718 refleja sus propiedades a alta temperatura y en ambientes agresivos:
- Aeronáutica y turbinas de gas: discos, ejes, carcasas, álabes de compresor de alta, cierres, soportes y tornillería de motores; representa una fracción muy importante del peso de un turbofán moderno. También elementos estructurales calientes y sistemas de escape.
- Oil & gas: componentes de cabeza de pozo y árboles de Navidad (API 6A718), vástagos y internos de válvulas, herramientas de fondo de pozo, conectores submarinos; se especifica por su resistencia al servicio ácido (NACE MR0175) y a la fragilización por hidrógeno.
- Generación de energía: turbinas de gas industriales, tornillería de alta temperatura, componentes de turbinas de vapor y de plantas nucleares (resistencia a la corrosión bajo tensión en agua a presión).
- Espacio: turbobombas de motores cohete y estructuras criogénicas, por su comportamiento a −253 °C (hidrógeno líquido).
- Fabricación aditiva: es una de las aleaciones metálicas más impresas por láser (LPBF y DED/laser cladding), empleada también como material de aporte en recargues resistentes al desgaste y la corrosión, con mecanizado posterior de acabado.
En todas ellas, el mecanizado suele ser la última operación de una cadena cara (forja, tratamiento, ensayos), lo que hace crítico el control del proceso: una pieza rechazada por integridad superficial puede valer miles de euros.
Normativa
Especificaciones y normas habituales:
- UNS N07718: designación del sistema unificado estadounidense.
- AMS 5662 / AMS 5663: barras y forjas para aeronáutica (solubilizado, y solubilizado + envejecido, respectivamente); AMS 5596/5597 para chapa y banda.
- ASTM B637: barras y forjas de aleaciones de níquel endurecibles por precipitación para alta temperatura.
- API 6A718 (API Standard 6ACRA): requisitos de composición, tratamiento térmico (envejecido simple), dureza ≤ 40 HRC y ensayos para equipos de cabeza de pozo en oil & gas.
- NACE MR0175 / ISO 15156-3: condiciones de uso de aleaciones de níquel en servicio con H₂S.
- W.-Nr. 2.4668 / NiCr19Fe19Nb5Mo3: designación europea (DIN/EN).
- AMS 2774: tratamiento térmico de aleaciones de níquel; los procesos térmicos y de ensayo en aeronáutica suelen exigir acreditación NADCAP.
«Inconel» es una marca registrada (Special Metals Corporation); por eso en especificaciones y certificados es preferible la denominación Alloy 718 o UNS N07718. En compras debe definirse siempre la especificación completa y el estado de tratamiento, ya que las propiedades entre solubilizado y envejecido difieren en más del doble. La certificación EN 9100 del proveedor y la trazabilidad de colada son requisito estándar en trabajos aeronáuticos con esta aleación.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es tan difícil mecanizar el Inconel 718?
Porque conserva su resistencia a la temperatura que alcanza el filo, endurece por deformación en cada pasada, contiene carburos de niobio muy abrasivos y apenas conduce el calor (11 W/m·K), de modo que casi todo el calor de corte entra en la herramienta. El resultado es un índice de maquinabilidad del orden del 10 % y vidas de herramienta de minutos.
¿Qué velocidad de corte se usa para tornear Inconel 718?
Con plaquita de metal duro recubierto, entre 25 y 60 m/min según se trate de desbaste o acabado y del estado del material (envejecido es más exigente). Con cerámicas whisker o SiAlON el desbaste sube a 150-250 m/min, aunque con mayor riesgo para la integridad superficial, por lo que el acabado aeronáutico se remata casi siempre con metal duro.
¿Es mejor mecanizar el Inconel 718 antes o después del envejecimiento?
Si la geometría y las tolerancias lo permiten, conviene desbastar en estado solubilizado (~25 HRC), tratar térmicamente y acabar después en estado envejecido (36-45 HRC), compensando las pequeñas distorsiones del tratamiento. Mecanizar todo en envejecido es habitual en piezas de oil & gas, a costa de menores velocidades y mayor consumo de herramienta.
¿Qué diferencia hay entre Inconel 718 y 625?
El 625 es una aleación endurecida por solución sólida (Mo y Nb disueltos), no tratable térmicamente, con Rm en torno a 830-1.030 MPa y excelente comportamiento en corrosión y soldadura; se usa mucho en recargue. El 718 endurece por precipitación hasta más de 1.275 MPa y domina las aplicaciones estructurales a alta temperatura, como discos y ejes de turbina.
¿Qué exige el oil & gas al Inconel 718 que no exige la aeronáutica?
La variante API 6A718 impone un tratamiento de envejecimiento simple y limita la dureza a 40 HRC para minimizar la fragilización por hidrógeno y cumplir NACE MR0175/ISO 15156 en servicio ácido. La aeronáutica (AMS 5662/5663) prioriza en cambio resistencia a fatiga y fluencia, con doble envejecimiento, control de integridad superficial y procesos acreditados NADCAP.