Materiales avanzados para lograr motores a reacción eficientes

El sector de la aviación muestra un creciente interés por los motores turbofán de engranajes con el objetivo de lograr un vuelo más eficiente. El uso de materiales innovadores con propiedades mecánicas y físicas optimizadas permitirá reducir significativamente el consumo de combustible y las emisiones nocivas.

Los motores turbofán de engranajes pueden inducir temperaturas muy elevadas en algunas áreas de la turbina y de la carcasa y el soporte del motor. El proyecto financiado con fondos de la Unión Europea HITNIFO (Development of an advanced design and production process of high temperature Ni-based alloy forgings) se lanzó para producir materiales de alto rendimiento a bajo coste mediante la mejora de los procesos y la resolución de problemas relacionados con la forjabilidad y la soldabilidad.

Los socios de proyecto seleccionaron materiales prometedores para la carcasa y el soporte basados en las aleaciones de níquel, apropiadas para su uso a altas temperaturas. Primero, realizaron pruebas de recocido para investigar los cambios que se producían en las propiedades microestructurales con el tiempo y la temperatura. Las pruebas también permitieron identificar los principales efectos sobre las propiedades mecánicas como el límite elástico, la elongación y la rotura por esfuerzo.

Después de diseñar y simular el proceso de matrizado y de producir las matrices, los socios del proyecto evaluaron el impacto del proceso sobre la microestructura y las propiedades mecánicas del forjado. Otras actividades realizadas incluyeron las mediciones de la tensión de fluencia a siete temperaturas diferentes y con dos velocidades de deformación distintas y la medición de la capacidad calorífica y de la conductividad térmica.

Los resultados sirvieron de base para las simulaciones de elementos finitos de los esfuerzos residuales en el material. En particular, los socios del proyecto realizaron simulaciones con diferentes densidades de malla para estimar las distribuciones de los esfuerzos residuales en componentes de geometría compleja. A continuación, las simulaciones se compararon con los resultados experimentales.

HITNIFO abre el camino al desarrollo de motores con temperaturas de escape más elevadas y, por tanto, más eficientes. El uso de aleaciones optimizadas basadas en el níquel debería permitir reducir el peso del motor y, por tanto, de la aeronave, lo que comportaría una reducción en el consumo de combustible.