Las mejoras en la fundición y la soldadura podrían impedir que se produzcan muchas de las fisuras en las turbinas
Reducir la huella medioambiental y, al mismo tiempo, mejorar la seguridad y la fiabilidad son objetivos fundamentales de la colaboración público-privada Clean Sky 2 entre la Comisión Europea y la industria aeronáutica europea. Los demostradores tecnológicos integrados de motores del programa, que incluyen numerosas piezas innovadoras en un conjunto de motor completo, son esenciales para lograr estos objetivos. Las estructuras de las turbinas están sometidas a grandes cargas estructurales y a temperaturas elevadas. El proyecto financiado con fondos europeos HiperTURB se propuso reducir los tipos de fallo y prolongar la vida útil de las estructuras de las turbinas, lo que contribuye de forma integral a los objetivos de Clean Sky 2.
La ciencia de los materiales y los parámetros del proceso se unen para ganar
Las estructuras de las turbinas se fabrican con superaleaciones soldables de níquel. Las subpiezas se funden en moldes (las aleaciones se funden y vierten y, a continuación, se enfrían y solidifican) y se sueldan para ensamblar la forma final. Los procesos de fundición, especialmente el de solidificación, generan una tendencia a la fisuración debido al desarrollo de microestructuras y segregaciones gruesas durante el enfriamiento. Esto, a su vez, afecta a la soldabilidad. Fernando Santos Barrena, coordinador de HiperTURB en AZTERLAN, explica: «HiperTURB se propuso mejorar la soldabilidad de las superaleaciones de níquel aplicando los avances en las tecnologías y procesos de fundición y soldadura. Complementamos este trabajo con el desarrollo de nuevas aleaciones con propiedades mejoradas. Las herramientas de simulación de microestructuras respaldaron nuestro éxito». Empezando por los materiales, se desarrolló una nueva variante de la superaleación de níquel IN718 con propiedades mejoradas de «rotura por sobretensiones». Santos Barrena añade: «Nuestro trabajo permitió explicar el efecto de elementos químicos específicos sobre las propiedades mecánicas y, en general, lo crítico que puede ser el historial de solidificación de un componente para las siguientes actividades de preprocesamiento y para la soldabilidad». La nueva aleación podría prolongar la vida útil de los componentes de la turbina y reducir los tipos de fallo. El equipo identificó el mecanismo clave de generación y propagación de fisuras en los componentes de fundición durante el proceso de soldadura, lo que condujo a la optimización de las condiciones y los parámetros de soldadura para mitigarlo. Esto debería reducir los costes de reparación e inspección para los fabricantes de motores y prolongar la vida útil de los componentes del motor. Un nuevo tratamiento térmico para equilibrar las variaciones de las velocidades de enfriamiento durante la solidificación de la fundición debería garantizar una soldadura homogénea y un rendimiento a alta temperatura. Por último, el equipo desarrolló un novedoso sistema de reparación de fisuras más rápido y preciso.
Volar alto y envejecer en buenas condiciones
Tal como resume Santos Barrena: «HiperTURB nos ha ayudado a comprender mejor las microestructuras y ha arrojado luz sobre la interrelación entre los procesos de fundición y soldadura, lo que nos ha permitido desarrollar nuevas aleaciones y modificar las condiciones de fundición y soldadura para reducir las causas primeras de los fallos causados por fisuras. El resultado será unos componentes más seguros con una vida útil más larga». Aunque solo es posible estimar el impacto en este preciso momento, los resultados de HiperTURB podrían reducir el peso de los componentes en aproximadamente un 5 %, el coste de fabricación en un 10 % y los costes de mantenimiento en un 20 %. Es más, se espera que prolonguen la vida útil de los motores de aviación respetuosos con el medio ambiente de próxima generación en al menos un 30 %, lo que beneficiará a los fabricantes de aviones, a los viajeros y al planeta.
Palabras clave
HiperTURB, fundición, soldadura, turbina, superaleación de níquel, Clean Sky 2
