Incoloy 901

Incoloy 901 / Nimonic 901 (tambien UNS N09901, W.Nr. 2.4662, GH2901 / GH901 / GH109) es una superaleacion de hierro-niquel-cromo endurecible por precipitacion de fase gamma prima (Ni3(Ti,Al)). Disenada como alternativa economica al Inconel 718 con menor contenido de niquel (~42.5% vs ~52.5%), opera con alta resistencia mecanica y a la fluencia hasta 650 C y buena resistencia a la oxidacion hasta 760 C. Su equilibrio Fe-Ni-Cr (~34%Fe-42.5%Ni-12.5%Cr) reduce el coste de materia prima y mejora la forjabilidad frente a las aleaciones totalmente base niquel, manteniendo una resistencia a la fluencia competitiva gracias al refuerzo combinado de Mo (5-6.5% en solucion solida) y Ti (2.8-3.1% formando gamma prima). El bajo aluminio (Al ≤0.35%) suprime la transformacion de gamma prima a fase eta-Ni3Ti fragilizante durante exposiciones prolongadas. En SHUNFU METAL fabricamos esta aleacion segun AMS 5660/5661, BS HR 55 y GB/T 14992, mediante fusion al vacio (VIM) + refundicion por arco al vacio (VAR) o electroescoria (ESR), con analisis OES por colada bajo ISO 9001 y API Q1.

Grados Equivalentes de Incoloy 901 (N09901)

Norma / Pais Designacion
EE.UU. (UNS) N09901
EE.UU. — Comerciales Incoloy 901, Nimonic 901, Alloy 901
Reino Unido (BS) BS HR 53, HR 404, BS HR 55; Nimonic 901
Alemania (W.Nr. / DIN) 2.4662, 2.4975; NiCr13Mo6Fe6Ti (EN)
Francia (AFNOR) Z8NCDT42
China (GB/T, GJB, HB) GH2901 (GH901, GH109) — GB/T 14992, GJB 5280, GJB 5301, HB/Z 140
Rusia (GOST) ЭИ725 (no ЭП693, que corresponde a GH4099/GH99)
Estandares aeroespaciales AMS 5660/5661/5830, AECMA PrEN2176/2177/2178, ISO 9723/9725, ASTM B408

Nota sobre los equivalentes rusos: La designacion correcta del equivalente ruso al Incoloy 901 es ЭИ725. La referencia ЭП693 / ХН68МВКТЮР que a veces circula en la documentacion china corresponde en realidad a GH4099 (GH99), una aleacion Ni-Cr-Co-W de uso a mayor temperatura (900 C). La composicion nominal 15Х35Н40МВТЮР describe aproximadamente la base Fe-35Ni-40Cr-Mo-W-Ti pero no es una designacion GOST estandar para Incoloy 901. SHUNFU METAL produce segun las especificaciones occidentales AMS y britanicas BS HR, con certificacion ISO 9001 y API Q1.

Barra y forja Incoloy 901 N09901 SHUNFU METAL
Incoloy 901 | SHUNFU METAL

Aplicaciones de Incoloy 901 (N09901)

Aeroespacial — Discos y Ejes de Turbina

Discos de turbina de baja presion (LPT), discos de compresor de alta presion, ejes y munones de motor turbofan/turbohelice hasta 650 C. Alta resistencia a la fluencia bajo fuerza centrifuga y ciclos de fatiga termomecanica. Vida util tipica >10,000 h en servicio civil (Boeing, Airbus).

Fijaciones Aeronauticas de Alta Temperatura

Pernos, espárragos, tuercas autoblocantes y fijaciones roscadas para carcasas de turbina, bridas y soportes de motor a 600-650 C. Alta resistencia a la relajacion de tension y baja sensibilidad a la entalla cuando se procesa con parametros controlados de forja.

Turbinas de Gas Industriales y Generacion Electrica

Discos de rotor, ejes, anillos espaciadores y componentes estructurales de turbinas de gas estacionarias. Aplicacion en valvulas de vapor (vastagos, asientos) de turbinas de vapor supercriticas hasta 650 C en centrales termicas de ciclo combinado.

Petroleo y Gas — Componentes de Alta Presion/Temperatura

Componentes de cabezal de pozo, herramientas de fondo de pozo (downhole tools), valvulas de alta presion en procesos de hidrocraqueo y reformado catalitico. Buena resistencia al ataque por H2S en ambientes no extremadamente acidos (evaluar segun NACE MR0175).

Nuclear — Componentes Auxiliares No Nucleares

Fijaciones y soportes en componentes auxiliares de reactores (no en el nucleo por contenido de Co ~1% max — el Co es bajo pero no “nuclear grade” con limite Co ≤0.05%). Apto para estructuras de soporte de generadores de vapor y sistemas de tuberia auxiliar hasta 650 C.

Automocion de Alto Rendimiento y Turboalimentacion

Componentes de turbocompresor (ruedas de turbina, anillos de sellado, carcasas), colectores de escape y fijaciones de motores de competicion. Buena soldabilidad y mecanizado en comparacion con aleaciones mas aleadas, reduciendo el coste de fabricacion de series cortas.

Suministro de Incoloy 901 (N09901) por SHUNFU METAL

Barra Redonda, Cuadrada y Hexagonal — AMS 5660 / 5661, BS HR 55

Barra laminada en caliente y forjada diametro 8-350 mm; barra estirada en frio para fijaciones diametro 2-80 mm (tolerancia h8-h11). Estados: recocido solubilizado para mecanizado o completamente tratado termicamente (solubilizado + doble envejecido) listo para usar. Segmentos cortados a medida, ensayos UT segun AMS-STD-2154 bajo pedido. Cumple AMS 5660 (recocido), AMS 5661 (tratado termicamente), BS HR 55, ISO 9723.

Chapa, Placa y Fleje — AECMA PrEN2176/2177, ISO 9725

Chapa laminada en caliente espesor 0.25-50 mm; placa hasta 120 mm; fleje laminado en frio 0.08-3.0 mm para aplicaciones de precision. Suministro en estado recocido solubilizado (1090 C/WQ). Excelente conformabilidad en frio para embuticion, plegado y estampado. Cumple AECMA PrEN2176 (chapa/banda), PrEN2177 (placa), ISO 9725, ASTM B408.

Forja, Anillos y Discos — GJB 5280, GJB 5301

Discos de turbina forjados, anillos sin soldadura (seamless rolled rings), ejes forjados y piezas con forma cercana a la final (near-net-shape) hasta 3000 kg/pieza. Forja en prensa hidraulica con control de relacion de reduccion >3:1 para romper la estructura de colada y minimizar anisotropia. Tratamiento termico triple: solubilizado 1090 C/WQ + 775 C/4h/AC + 715 C/24h/AC. Certificacion UT integral e inspeccion por liquidos penetrantes.

Alambre y Productos de Aporte — AMS 5830

Alambre para soldadura TIG/MIG diametro 0.8-3.2 mm (AMS 5830), alambre para muelles y fijaciones diametro 0.1-8.0 mm en estado recocido o revenido elastico. Varilla para soldadura por arco manual. Tambien suministramos tubo sin soldadura diametro ext. 3-160 mm, espesor 0.25-45 mm, y fijaciones a medida (pernos, espárragos, tuercas) roscados y tratados termicamente segun plano del cliente.

Composicion Quimica de Incoloy 901 (UNS N09901)

Elemento Min (%) Max (%) Nominal (%) Funcion en la Aleacion
Ni 40.0 45.0 42.5 Base austenitica — estabiliza la matriz FCC-γ, garantiza ductilidad y resistencia a la corrosion en caliente. El contenido moderado de Ni (vs IN718) reduce coste de aleacion.
Cr 11.0 14.0 12.5 Forma capa pasiva Cr2O3 protectora — resistencia a oxidacion hasta 760 C. El nivel moderado (vs 19-21% en Nimonic 80A/90A) refleja menor exigencia oxidativa a la temperatura de diseno.
Mo 5.0 6.5 5.75 Refuerzo por solucion solida — atomos de Mo de gran radio atomico crean campos de tension en la red γ que frenan el movimiento de dislocaciones. Principal contribuyente a la resistencia a la fluencia lenta.
Ti 2.80 3.10 2.90 Elemento principal formador de gamma prima (Ni3Ti) — genera el 15-18% de fraccion volumetrica de precipitados coherentes γ’ durante el envejecimiento. La relacion Ti/Al ~8-10:1 optimiza la eficacia del endurecimiento.
Al — 0.35 0.20 Inhibidor de transformacion de fase — el Al en pequena cantidad (<0.35%) suprime la conversion de γ' metaestable a η-Ni3Ti hexagonal fragilizante durante mantenimientos prolongados a alta temperatura.
Fe — — Bal (~34) Balance — reduce el coste de aleacion (~34% Fe vs ~18% en IN718) y ajusta el coeficiente de dilatacion termica (CTE ~13.5 ×10-6/K a 20-100 C) cercano al de los aceros ferriticos, facilitando uniones bimetálicas.
Co — 1.0 <0.5 Elemento residual — no se anade intencionadamente. El bajo Co (≤1%) evita la activacion significativa de Co60 en entornos nucleares, aunque no alcanza el nivel “nuclear grade” (≤0.05%).
C 0.02 0.10 0.04 Forma carburos MC (TiC) para anclaje de bordes de grano. El bajo carbono (la mayoria de especificaciones aeronauticas acotan a 0.02-0.06%) evita redes continuas de carburos que perjudican la soldabilidad y tenacidad.
B 0.010 0.020 0.015 Segregacion en borde de grano — el boro ocupa sitios vacantes en las juntas de grano, reduciendo la difusion interfacial y mejorando la resistencia a la fluencia y la ductilidad en caliente. Critico para forja de grandes secciones.
Mn — 0.50 <0.30 Desoxidante de fusion — fija azufre residual como MnS, mejorando la forjabilidad en caliente.
Si — 0.40 <0.25 Desoxidante complementario. Nivel controlado para no promover fases de Laves fragilizantes durante la solidificacion.
Cu — 0.50 <0.20 Residual de materia prima. El nivel se mantiene bajo para no afectar la estabilidad de la gamma prima a alta temperatura.
S / P — 0.008 / 0.020 <0.005 / <0.010 Impurezas controladas en niveles bajos mediante triple fusion (VIM+ESR/VAR) para garantizar forjabilidad, soldabilidad TIG y ductilidad en caliente sin fragilizacion por bajo punto de fusion en bordes de grano.

Via de fusion: VIM (fusion por induccion al vacio) como etapa primaria para control de composicion y desgasificacion, seguida de VAR (refundicion por arco al vacio) o ESR (refundicion por electroescoria) para refino de solidificacion y reduccion de inclusiones. Para aplicaciones aeronauticas criticas (discos de turbina) se requiere triple fusion VIM+ESR+VAR para eliminar macro-segregaciones y garantizar niveles de inclusiones inferiores a ASTM E45 Method A, Severity 1.

Propiedades Mecanicas y Fisicas de Incoloy 901

Propiedades Mecanicas (Minimas) — Tratamiento Termico Estandar (1090 C/2-3h WQ + 775 C/4h AC + 715 C/24h AC)

Temperatura Rm (MPa) Rp0.2 (MPa) A5 (%) Z (%) Dureza (HB)
20 C (ambiente) ≥1130
tip. 1160-1210		 ≥810
tip. 830-900		 ≥9.0
tip. 12-18		 ≥12
tip. 15-25		 ≥341
500 C tip. ~1040 tip. ~760 tip. ~14 tip. ~18 —
575 C ≥960 ≥690 ≥8.0 — ≥341
650 C tip. ~850-900 tip. ~650-700 tip. ~10-12 tip. ~15 —

Forma del producto y estado: Valores segun disco forjado + tratamiento termico estandar. La barra AMS 5660 se suministra en estado recocido (solubilizado, 1090 C/WQ, Rm ~900-1050 MPa, dureza ~250-310 HB) para mecanizado, con posterior envejecimiento por el cliente. La barra AMS 5661 se suministra en estado completamente tratado (solubilizado + doble envejecido) lista para servicio. Las propiedades de los productos de gran seccion (>150 mm) pueden ser ligeramente inferiores en el centro debido a la velocidad de temple.

Propiedades de Fluencia Lenta — 100 Horas

Temperatura (C) Tension (MPa) Deformacion Total εt (%) Deformacion Plastica εtp (%)
550 588 0.318-0.385 0.016-0.067
650 490 0.395-0.562 0.094-0.193
750 186 0.140-0.153 0.024-0.055

Propiedades Fisicas y Termofisicas

Propiedad 20 C 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C 600 C 700 C 800 C
Modulo Elastico E (GPa) 200 200 194 186 179 174 167 160 150
Conductividad Termica λ (W/(m·K)) — 12.0 13.5 15.1 16.7 18.2 19.8 21.2 22.8
CTE α (20 C a T, 10-6/K) — 13.5 14.0 14.4 14.9 15.1 15.2 15.5 16.0

Otras constantes fisicas: Densidad 8.14 g/cm³; Intervalo de fusion 1280-1345 C; Resistividad electrica 1.073 μΩ·m (20 C); Calor especifico ~430 J/(kg·K). Sin magnetismo (austenita paramagnetica). Oxidacion: Tasa de oxidacion en aire estatico: 0.0072 g/(m²·h) a 600 C, 0.0140 a 700 C, 0.0522 a 800 C, 0.1665 a 900 C. El CTE cercano al de aceros ferriticos (~12.5-13.5 ×10-6/K) simplifica el diseno de uniones bimetálicas eje-disco en motores aeronauticos.

Comparativa: Incoloy 901 vs Alternativas en su Rango de Temperatura

Aleacion Ni (%) Rm RT (MPa) Rp0.2 RT (MPa) Tmax Serv. (C) CTE (10-6/K) Coste Relativo
Incoloy 901 42.5 1130-1210 810-900 650 13.5 Medio
Inconel 718 52.5 1240-1380 1035-1100 650 13.0 Alto (~40% mas)
Waspaloy 58 1240-1380 795-930 870 12.2 Muy alto (~60% mas)
A286 25 895-1035 590-690 700 16.5 Bajo (~30% menos)

Posicionamiento: Incoloy 901 ocupa un nicho intermedio entre A286 (menor resistencia pero mas economico, CTE alto) e Inconel 718 (mayor resistencia pero ~40% mas costoso). La clave es su CTE ~13.5 ×10-6/K — cercano a aceros ferriticos — que permite uniones directas eje/acero-disco/901 sin acumulacion de tensiones termicas diferenciales en ciclos de arranque-parada de motores. Para aplicaciones por encima de 650 C, migrar a Waspaloy o Nimonic 90A.

Tratamiento Termico y Soldabilidad

Tratamiento termico estandar (aeronautico): Solubilizado 1090 C ±10 C × 2-3 h, temple en agua o aceite rapido → Envejecimiento primario 775 C ±5 C × 4 h, enfriamiento al aire → Envejecimiento secundario 700-725 C × 24 h, enfriamiento al aire. Este regimen de triple etapa disuelve la gamma prima preexistente (solubilizado), precipita carburos M23C6 en bordes de grano durante el primer envejecimiento (estabilizacion), y genera una dispersion fina y uniforme de gamma prima (15-18% de fraccion volumetrica, tamaño 20-50 nm) durante el segundo envejecimiento.

Soldabilidad: Buena mediante procesos TIG (GTAW) y MIG. Se recomienda soldar siempre en estado solubilizado (la condicion envejecida puede agrietarse en ZAT por relajacion de tensiones). Tras la soldadura es imperativo realizar un nuevo ciclo completo de solubilizado + doble envejecimiento para disolver la gamma prima reprecipitada gruesa en la ZAT y restaurar las propiedades mecanicas. Metal de aporte: ERNiCrMo-3 (Inconel 625) como opcion practica, aunque idealmente se utiliza alambre AMS 5830 de composicion coincidente con el metal base. El bajo carbono (0.02-0.06%) reduce la formacion de carburos continuos en borde de grano durante la solidificacion de la soldadura. La soldadura por resistencia y por friccion tambien son viables en estado envejecido para uniones disimilares.

Nota sobre sensibilidad a la entalla: La forja de Incoloy 901 requiere un control cuidadoso de los parametros de deformacion. Una relacion de reduccion insuficiente o temperaturas de forja inadecuadas pueden producir anisotropia significativa y sensibilidad a la entalla en direccion transversal. SHUNFU METAL aplica relaciones de reduccion >3:1 con control de temperatura de forja inicial 1120-1180 C y forja final >900-950 C para garantizar isotropia mecanica. Las piezas se inspeccionan por ultrasonidos segun AMS-STD-2154 con criterios de aceptacion de clase AA para aplicaciones de disco de turbina.

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