El azufre tiene una solubilidad extremadamente baja en la matriz de níquel y tiende a reaccionar con elementos de aleación (como Ni, Fe, Cr) para formarsulfuros de bajo-punto de fusión-(p. ej., Ni₃S₂, CrS, FeS). El punto de fusión de estos sulfuros generalmente está entre 600 y 900 grados, que es mucho más bajo que la temperatura de trabajo en caliente de las aleaciones a base de níquel-(1000 a 1200 grados).
Durante el procesamiento en caliente (por ejemplo, forjado, laminado, extrusión), estos sulfuros se fundirán primero, formando una película líquida a lo largo de los límites de los granos. Esta película debilita la fuerza de unión entre los granos, lo que lleva acraqueo intergranularcuando la aleación se somete a esfuerzos externos. Este fenómeno se llamafragilidad caliente, lo que reduce seriamente la plasticidad de la aleación durante el trabajo en caliente y provoca defectos de procesamiento como grietas y fisuras.
Cuando el contenido de azufre excede el límite, finas partículas de sulfuro precipitarán a lo largo de los límites de los granos o dentro de la matriz. Estas partículas actúan como fuentes de concentración de tensiones. Cuando la aleación se somete a impacto o carga de baja-temperatura, las microfisuras tienden a iniciarse y propagarse alrededor de las partículas de sulfuro, lo que resulta en una fuerte caída en la aleación.Resistencia al impacto Charpyytenacidad a la fractura.
Para las aleaciones a base de níquel-utilizadas en entornos criogénicos o de baja-temperatura (por ejemplo, equipos de gas natural licuado), el aumento en el contenido de azufre aumentará significativamente el riesgo de fractura frágil.
Los sulfuros son electroquímicamente heterogéneos con la matriz de níquel. En medios corrosivos (como soluciones que contienen cloruro-, ambientes ácidos), se forma una celda galvánica entre las partículas de sulfuro y la matriz. Los sulfuros actúan como ánodo y se corroen preferentemente, dando lugar a la formación de corrosión por picaduras.
Además, la precipitación de sulfuro en los límites de los granos destruirá la continuidad de la película pasiva (Cr₂O₃) en la superficie de la aleación, reduciendo la resistencia de la aleación a la corrosión intergranular y al agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). Este efecto es particularmente obvio en entornos de agua con alta-temperatura y alta-presión (por ejemplo, sistemas de refrigeración de reactores nucleares).
El fósforo es típicoelemento de segregación del límite de grano. Incluso a niveles de trazas, tiende a segregarse en los límites de grano de las aleaciones a base de níquel-durante la solidificación o el tratamiento térmico, en lugar de disolverse uniformemente en la matriz.
La segregación de fósforo en los límites de los granos reduce la cohesión de los átomos de los límites de los granos, haciendo que los límites de los granos se conviertan en el eslabón débil de la aleación. A temperatura ambiente o bajas temperaturas, cuando la aleación se somete a esfuerzos de tracción o flexión, las grietas tienden a iniciarse y propagarse a lo largo de los límites de grano segregados de fósforo-, lo que resulta enfractura frágil intergranular. Este fenómeno se llamafragilidad en frío, lo que conduce a una disminución significativa en el alargamiento de la aleación y una reducción del área.
Durante el proceso de soldadura de aleaciones a base de níquel-, el fósforo se segregará en los límites de los granos del metal de soldadura y en la zona afectada por el calor-(HAZ) debido al rápido enfriamiento. El fósforo segregado reduce la resistencia del límite de grano de la junta soldada y aumenta la sensibilidad agrietas de solidificación de soldaduraygrietas de licuación.
En el caso de soldaduras de aleaciones a base de níquel-utilizadas en equipos críticos (por ejemplo, reactores químicos, generadores de vapor nucleares), las grietas de soldadura inducidas por fósforo-pueden reducir gravemente la vida útil y la seguridad del equipo, e incluso provocar accidentes catastróficos.
Para las aleaciones a base de níquel-aplicadas en entornos de alta-temperatura (por ejemplo, álabes de turbinas de motores aeronáuticos-, componentes de hornos industriales), la segregación de fósforo en los límites de los granos acelerará ladeslizamiento del límite de granobajo estrés-de alta-temperatura a largo plazo. Esto acelera la deformación por fluencia de la aleación y acorta la vida de rotura por fluencia.
Además, el fósforo puede promover el crecimiento de los carburos de los límites de los granos, destruyendo el efecto de fijación de los carburos en los límites de los granos y reduciendo aún más la estabilidad estructural de la aleación a altas temperaturas.
En la producción industrial, el contenido de azufre y fósforo en las aleaciones a base de níquel-está estrictamente controlado según los escenarios de aplicación:
Para aleaciones generales a base de níquel-resistentes a la corrosión- (por ejemplo, Hastelloy C276, Inconel 625), el contenido de S y P generalmente se limita aMenor o igual a 0,01%.
Para las aleaciones a base de níquel-de alto rendimiento-utilizadas en la industria aeroespacial, la energía nuclear y otros campos (p. ej., Inconel 718, Waspaloy), se requiere que el contenido de S y P seaMenor o igual a 0,005%para garantizar propiedades mecánicas extremas y seguridad de servicio.
El control estricto de las impurezas de azufre y fósforo es un vínculo clave en la fundición y el procesamiento de aleaciones a base de níquel-, que determina directamente si la aleación puede cumplir con los requisitos de rendimiento de aplicaciones críticas de ingeniería.
