Norma SAE AMS 5589G

Composición química

La composición se determina mediante métodos químicos por vía húmeda según ASTM E354, o mediante otros métodos analíticos aceptables para el comprador. Todos los valores son porcentajes en peso, con hierro como resto.

Tres elementos realizan el trabajo de endurecimiento. El niobio al 4.75–5.50 % forma la fase gamma doble prima que da al 718 su resistencia, mientras que el titanio al 0.65–1.15 % y el aluminio al 0.20–0.80 % forman la fase gamma prima. El ciclo de envejecimiento de esta especificación está diseñado en torno a la precipitación de esas fases en una secuencia controlada.

Las variaciones del análisis de comprobación deben cumplir los requisitos de AMS2269, Límites de análisis químico de comprobación para níquel, aleaciones de níquel y aleaciones de cobalto. Los límites máximos de fósforo y azufre de 0.015 % cada uno son más estrictos que los que permiten la mayoría de las especificaciones industriales de 718.

El tubo sin costura de Inconel 718 suministrado según especificaciones industriales ASTM comparte esta composición química nominal, aunque la vía aeroespacial añade los requisitos de práctica de fusión, tamaño de grano y rotura por fluencia que se describen a continuación.

Práctica de fusión y condición

La aleación debe producirse mediante fusión múltiple utilizando la práctica de electrodo consumible en el ciclo de refusión, o debe fundirse por inducción en vacío. Cuando la refusión por electrodo consumible no se realice en vacío, los propios electrodos utilizados para la refusión deben haberse producido por fusión por inducción en vacío.

Esa regla cierra el círculo en cuanto a la limpieza. O bien la refusión se realiza en vacío, o bien el electrodo de partida se fabricó en vacío, de modo que no existe ninguna vía hacia un material AMS5589 que omita por completo el procesamiento en vacío.

La condición de entrega es estirado en frío o laminado en frío (pilger), tratado térmicamente por solución y decapado. Los tubos se producen mediante un proceso sin costura, y el acabado superficial puede obtenerse mediante decapado químico, recocido brillante o cualquier método que proporcione la condición superficial requerida sin afectar los límites de espesor de pared ni la resistencia a la corrosión.

Un método de acabado está prohibido de forma expresa: un acabado por rectificado sin centros no es aceptable. Puede aplicarse un pulido ligero para mejorar el aspecto exterior después del tratamiento térmico por solución, y se permite el acondicionamiento del interior del tubo después del recocido final siempre que los tubos no se calibren mediante eliminación de metal y se pasiven posteriormente.

Tratamiento térmico: ciclos de solución y de precipitación

En la especificación aparecen dos ciclos separados. El fabricante realiza el tratamiento de solución; el tratamiento de precipitación se define para que las propiedades puedan verificarse, y en la práctica suele aplicarlo el cliente después del conformado o la soldadura.

El ciclo de envejecimiento en dos etapas es el tratamiento clásico del 718. La primera etapa a 1325 °F precipita la gamma doble prima más gruesa; el enfriamiento en horno y el mantenimiento a 1150 °F completan la precipitación a una escala más fina. El tiempo total de precipitación es de 18 horas, no 8 más 18; el mantenimiento de la segunda etapa se prolonga hasta que el total acumulado alcanza 18 horas.

El tratamiento térmico de solución debe realizarse en atmósfera protectora, y la pirometría debe estar de acuerdo con AMS2750. Esa referencia a la pirometría incorpora por referencia a la especificación los requisitos de inspección de hornos y de calibración de termopares e instrumentos.

La especificación exige que las propiedades se cumplan después de la re-solubilización y precipitación, así como después de la precipitación sola. Esa segunda vía es importante para los fabricantes que vuelven a solubilizar un conjunto después de soldarlo y antes de envejecerlo, y los tubos deben satisfacer los requisitos por cualquiera de las dos vías.

Propiedades de tracción en estado tratado térmicamente por solución

Los requisitos de tracción en estado de suministro son máximos, no mínimos. Los tubos deben ser lo suficientemente blandos para conformarlos y soldarlos, lo que es lo contrario de cómo se leen la mayoría de las tablas de tracción.

Los tubos que llegan con más de 155 ksi de resistencia a la tracción o 95 ksi de límite elástico son rechazables, porque el exceso de resistencia en la condición de tratado por solución indica una solubilización incompleta o un envejecimiento no intencionado, y dificulta el conformado. El alargamiento mínimo del 30 % es el único mínimo de esta tabla.

Se aplican otros dos requisitos en la condición de tratado por solución. El tamaño de grano promedio debe ser ASTM N.º 5 o más fino según ASTM E112, lo que controla tanto la conformabilidad como el comportamiento a la fluencia (creep) que el material envejecido mostrará más adelante.

Ensayo de abocardado

Los tubos de 0.188 a 2.000 pulgadas (4.78 a 50.80 mm) inclusive de OD nominal, con una relación OD/espesor de pared de 10:1 o menor, deben soportar el abocardado a temperatura ambiente sin grietas ni otros defectos visibles.

El ensayo fuerza axialmente la probeta con presión constante sobre un mandril cónico de acero endurecido y pulido con un ángulo incluido de 74 grados, produciendo un OD expandido permanente no inferior a 1.20 veces el OD nominal original. El extremo a abocardar debe cortarse a escuadra, liso y libre de rebabas, pero no redondeado.

Propiedades después del tratamiento térmico de precipitación

Después del envejecimiento, los números se invierten. Los mínimos sustituyen a los máximos, y el material proporciona la resistencia en torno a la cual se diseñó la aplicación.

La ganancia de resistencia por el envejecimiento es sustancial. La resistencia a la tracción pasa de un techo de 155 ksi a un piso de 185 ksi, y el límite elástico de un techo de 95 ksi a un piso de 150 ksi, una ganancia de al menos aproximadamente el 58 % en el límite elástico, a cambio de que el alargamiento baje del 30 % al 12 %.

El requisito de dureza incluye una cláusula de escape poco habitual. Los tubos no deben rechazarse por dureza si se cumplen los requisitos de tracción, determinados en probetas de la misma muestra que la dureza no conforme, o de otra muestra con una dureza no conforme similar. Las tablas de conversión de dureza se encuentran en ASTM E140.

Rotura por fluencia (stress-rupture) a 1300 °F (704 °C)

Una probeta de tracción mantenida a 1300 °F ± 3 °F (704 °C ± 2 °C) bajo una carga aplicada de forma continua que produzca una tensión axial inicial de 72.5 ksi (500 MPa) no debe romperse en menos de 23 horas. El ensayo continúa hasta la rotura sin cambio de carga, y el alargamiento después de la rotura medido a temperatura ambiente no debe ser inferior al 5 % en 4D.

El ensayo sigue ASTM E139. La especificación permite dos enfoques alternativos de carga, ambos de los cuales deben seguir cumpliendo los requisitos de 23 horas y de 5 % de alargamiento.

• Carga constante mayor: puede utilizarse una carga superior a la que produce 72.5 ksi, pero la carga no debe cambiar mientras el ensayo está en curso
• Carga incremental: la carga de 72.5 ksi se mantiene hasta la rotura o hasta 23 horas, lo que ocurra primero, y después la tensión aumenta en incrementos de 5,000 psi (34.5 MPa) a intervalos de 8 horas como mínimo

La revisión G añadió una disposición para tamaños pequeños. Cuando el tamaño del tubo acabado impida obtener una probeta de ensayo adecuada, la muestra para rotura por fluencia puede tomarse del mismo material tubular en una etapa anterior del proceso, y el informe de ensayo debe indicar que las probetas se extrajeron antes de alcanzar las dimensiones finales.