Descripción general
Se espera que el creciente gasto en materiales avanzados en el sector manufacturero debido a que son capaces de mejorar la funcionalidad, mejorar la capacidad de supervivencia e inducir bajos costos del ciclo de vida siga siendo una tendencia clave. Por lo tanto, no se puede ignorar el potencial de los materiales avanzados, es decir, las aleaciones de alto rendimiento, en el sector aeroespacial y de defensa a nivel mundial. Aunque los fabricantes de equipos originales todavía prefieren el aluminio en la fabricación de aviones, los materiales avanzados, como las aleaciones de alto rendimiento, han ido ganando impulso entre los ingenieros debido a sus propiedades superiores de resistencia al calor, excelente resistencia y mantenimiento de la estabilidad dimensional a temperaturas más altas que los otros materiales.
Se espera que la flexibilización de las restricciones posteriores a la COVID-19, junto con la creciente disposición a pagar pasajes aéreos entre los millennials, impulse a los participantes de la industria que operan en el sector aeroespacial y de defensa a abrir nuevas vías. Además, las secuelas de la guerra entre Rusia y Ucrania han creado una nueva ecuación geopolítica en todo el mundo. Se espera que la mayoría de los gobiernos, desde el mundo occidental hasta las economías emergentes como China e India, aumenten el gasto para mejorar su capacidad de fabricación nacional en el sector aeroespacial y de defensa. Por lo tanto, se prevé que estos sentimientos positivos en el sector aeroespacial y de defensa allanarán el camino para la incorporación de materiales avanzados, concretamente aleaciones de alto rendimiento, en los próximos años.
¿Qué son las aleaciones de alto rendimiento?
Las aleaciones o superaleaciones de alto rendimiento encuentran aplicaciones porque exhiben propiedades superiores, como excelente resistencia mecánica, resistencia superior a la deformación por fluencia térmica, estabilidad superficial y resistencia a la corrosión inducida. Estos materiales fueron desarrollados para su uso en turbocompresores de motores de pistón de aviones. Con la llegada de nuevas tecnologías, las superaleaciones han evolucionado hasta convertirse en una de las materias primas clave para la producción de componentes de motores de turbinas aeroespaciales y marinas. La creciente aceptación de estos materiales especiales se atribuye a la creciente conciencia sobre la inducción de medidas en la industria aeroespacial para proteger contra la exposición a ambientes oxidantes severos y temperaturas extremas durante períodos razonables.
Las aleaciones de alto rendimiento están disponibles en forma de categorías de níquel, hierro y cobalto. Algunas de las principales variantes de productos disponibles incluyen aleaciones Inconel, Hastelloy, Rene, Waspaloy, Incoloy y TMS. La excelente resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas es una de las características clave que allana el camino para que los ingenieros del sector aeroespacial prefieran aleaciones de alto rendimiento.
La fluencia es un factor clave de la vida útil que afecta el rendimiento y la durabilidad de los componentes de las estructuras aeronáuticas, como las palas de las turbinas de gas. Las aleaciones de alto rendimiento consisten en metales cúbicos centrados en las caras (BCC), concretamente cobalto, hierro y níquel, que pueden poseer una resistencia superior a la fluencia a altas temperaturas. Por lo tanto, se prevé que los OEM aeroespaciales prefieran estas formas de productos para limitar el impacto negativo de la fluencia.
En los últimos años, las aleaciones de alto rendimiento a base de níquel han ganado suficiente espacio en el mercado en el sector aeroespacial debido a su capacidad de funcionar a altas temperaturas en el rango de 800 a 1000 grados. Estas variantes de productos a base de níquel están compuestas de materiales de cromo, hierro, titanio y cobalto. Se espera que esta fusión de diversos materiales en un solo producto promueva su uso en la fabricación de diversos componentes aeroespaciales, concretamente álabes de turbinas de alta presión, discos, cámaras de combustión, postquemadores e inversores de empuje.
Escenario del sector aeroespacial
El sector aeroespacial mundial ha experimentado un crecimiento debido a la creciente demanda de viajes de pasajeros después del levantamiento de las restricciones de COVID-19, junto con el aumento del gasto en pedidos de nuevos aviones militares por parte de varios gobiernos nacionales. En 2023, los envíos anuales mundiales de aviones se estimaron en más de 5.000, con un valor de más de 1,5 billones de dólares. Se espera que las necesidades de aviones superen los 40.000 en los próximos 20 años, con un valor estimado de 8.100 millones de dólares. La industria aeroespacial se divide en cinco productos clave: aviones de aviación civil, aviones privados de pasajeros, aviones militares, helicópteros y aviones de hélice. Entre estas variantes clave de productos, las aeronaves civiles y militares son los principales contribuyentes en la posición de mando para decidir el movimiento de la industria aeronáutica a nivel global.
En los últimos años, el sector aeroespacial ha sido testigo de los siguientes avances que impulsarán la producción de aviones comerciales y de defensa en un futuro próximo:
El amplio uso de materiales aeroespaciales y de defensa se puede atribuir al cumplimiento de los requisitos ambientales y de costos para aviones livianos, junto con los requisitos de mantenimiento para la integridad estructural. El tamaño del mercado de materiales aeroespaciales y de defensa está valorado en 30,52 mil millones de dólares para 2028 y se espera que crezca a una tasa del 4,10% para el período previsto de 2021 a 2028.
Para obtener más información sobre el estudio, visite https://www.databridgemarketresearch.com/es/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market
Aleaciones de alto rendimiento en el sector aeroespacial
El sector aeroespacial representó más del 50% del mercado mundial de aleaciones de alto rendimiento en 2022. Las superaleaciones se utilizan en diversos aviones, a saber, aviones comerciales, aviones de carga, jets de negocios y aviones militares. La mayoría de los fabricantes de equipos originales aeroespaciales prefieren el uso de aleaciones de alto rendimiento en motores turbofan debido a su excelente resistencia térmica y protección superior contra la corrosión. Además, estas aleaciones han ganado aceptación en los últimos años en aplicaciones, concretamente, componentes estructurales y de sujeción del fuselaje y palas de turbina.
Tabla: Aleaciones de alto rendimiento de uso común
Aleación
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Propiedades
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aleaciones de ti
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Materiales ligeros y de alta resistencia.
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Ti‐6Al‐4V
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403/403Cb
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Excelente resistencia a la rotura y acero martensítico 12%Cr.
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GTD‐450
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Martensítico, endurecido por precipitación y alto contenido de cromo.
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A286
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Alta resistencia y austenítico.
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Hastelloy X, Nimonic (incluidos 263,618,230, 105)
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Alta resistencia y alta temperatura.
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Aleación 718
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Alta temperatura a 1300 grados,
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Aleación 706
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Menos segregación
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LC Astroloy, IN 100, MERL76, René 88 DT, René 95, Udimet720/ 720 LI
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Metalurgia de polvos
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IN‐713, IN 100/René 100, René 125 Hf
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Aleaciones fundidas de alto rendimiento reforzadas con W y Mo.
Durabilidad mejorada con más del 2% de HF
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René41, René77, René 80, René 80+Hf
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Excelente resistencia a la corrosión y baja resistencia a altas temperaturas.
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EN 738, GTD‐111
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Piezas fundidas solidificadas direccionalmente y refrigeración interna.
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FSX 414
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Protección contra la corrosión caliente
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GTD-222
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Resistencia superior a la fluencia
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HA188
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Protección contra la corrosión en caliente hasta 2000 grados.
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¿Por qué aleaciones de alto rendimiento?
Se prefieren las aleaciones de alto rendimiento en la fabricación de diversos componentes de estructuras aeroespaciales, ya que tienen la capacidad de exhibir las siguientes características y beneficios clave:
La fluencia es un modo de falla en el que un componente se deforma a un nivel de tensión inferior a su resistencia máxima a la tracción. Las formas de productos de alto rendimiento pueden permitir que las palas de las turbinas funcionen con una generación de calor extrema y una gran carga de fuerza centrípeta. Antes de la introducción de aleaciones de alto rendimiento en la industria aeroespacial, el uso extensivo de materiales no resistentes a la fluencia daba como resultado que las palas de las turbinas no se alargaran mientras giraban y, por lo tanto, causaran interferencias con las carcasas de los motores.
Las turbinas a reacción pueden generar altos niveles de empuje al comprimir el aire de admisión y el combustible. Por lo tanto, la gran potencia del motor puede producirse como resultado de una alta compresión que a su vez aumenta el nivel de generación de calor. Las aleaciones de alto rendimiento resultan útiles para inducir altas presiones de combustión, lo que aumenta significativamente la eficiencia del motor.
Las aleaciones de alto rendimiento tienen la capacidad de formar una microestructura de equilibrio de dos fases, que influye en la capacidad de los elementos de la aleación para organizarse y brindar protección contra diferentes modos de falla.
Tipos de aleaciones de alto rendimiento
Aleaciones a base de níquel
Data Bridge Market Research analiza que se espera que el mercado mundial de aleaciones de níquel alcance un valor de 19.370.672,30 mil dólares estadounidenses para 2030, con una tasa compuesta anual del 5,59% durante el período previsto de 2023 a 2030. El informe de mercado también cubre de forma integral el análisis de precios y el análisis de patentes. y avances tecnológicos.
Para obtener más información sobre el estudio, visite https://www.databridgemarketresearch.com/es/reports/global-nickel-alloy-market
Inconel:-Estas formas de productos a base de níquel son una combinación de cromo y hierro, que se utilizan para brindar protección contra la corrosión a altas temperaturas. Inconel está disponible en las variantes de Inconel 625 e Inconel 718, comúnmente utilizadas en la industria aeroespacial. Estas variantes encuentran uso en aplicaciones aeroespaciales de alta temperatura, es decir, boquillas de combustible, anillos de postcombustión y otros componentes del motor. La utilización eficaz de Inconel da como resultado una resistencia a la corrosión debida a los fluidos de chorro y otros líquidos. Además, Inconel se ha utilizado en cohetes y naves de exploración espacial en los últimos años.
Aleaciones a base de cobre:-Las aleaciones de alto rendimiento a base de cobre se utilizan para exhibir excelentes propiedades mecánicas y trabajabilidad. Algunas de las propiedades se enumeran a continuación: -
Aleaciones a base de hierro:-Las superaleaciones a base de hierro pueden presentar las siguientes características:
Perspectivas de fabricación de aleaciones de alto rendimiento
En los últimos años, el procesamiento de superaleaciones se ha transformado del método convencional de fundición a tecnologías avanzadas, a saber, fundición solidificada direccional y fundición de corteza única. La fundición solidificada direccional funciona de tal manera que los moldes están diseñados para incorporar una cara interior, que se considera más fría en comparación con el resto de materiales. Este proceso se ejecuta mediante el uso de intercambiadores de calor enfriados por agua. La capacidad de dicho proceso de fundición para controlar la dirección de los límites de los granos allana el camino para que los ingenieros de los fabricantes de equipos originales aeroespaciales diseñen los componentes en direcciones específicas. Por ello se prefiere utilizar la fundición solidificada direccionalmente para la producción de componentes de motores de turbinas a reacción.
Por otro lado, la fundición monocristalina no sólo se considera una versión improvisada del proceso de solidificación directa, ya que la primera puede eliminar problemas como deslizamiento, cavitación e inclusiones causadas por los límites de grano. Además, el proceso de monocristal tiene la capacidad de inducir resistencia a la fluencia en los componentes fabricados para componentes de aeronaves. Por lo tanto, se prevé que los OEM aeroespaciales prefieran los procesos de fundición de monocristal debido a la creciente aceptación de la resistencia a la fluencia como parámetro clave para evaluar la calidad de los componentes de aviones comerciales y de pasajeros.
Aeronaves de próxima generación: una nueva oportunidad
Se espera que la tendencia cambiante hacia el énfasis en cuatro pilares, a saber, economía, medio ambiente, electrificación y eficiencia, entre los fabricantes de equipos originales de aviones, incluidos Boeing y Airbus, promueva el alcance de los aviones de próxima generación. Por ejemplo, en mayo de 2021, Airbus anunció planes para desarrollar el A322 de próxima generación con una longitud total de avión de hasta 50 metros. La resistencia a la fluencia de las aeronaves y la protección contra altas temperaturas son atributos clave que desempeñan un papel clave en la mejora de la eficiencia general de las variantes de aeronaves de próxima generación. Como resultado, los fabricantes de equipos originales del sector aeroespacial prefieren las aleaciones de alto rendimiento como materiales avanzados para la producción de diversos componentes, a saber, motores y revestimientos de palas de aviones de próxima generación, de modo que se pueda inducir una mejor protección térmica y una excelente resistencia a la fluencia.
Competencia y respuesta de los fabricantes a la industria aeroespacial
La mayoría de las empresas fabricantes de aleaciones de alto rendimiento han dedicado sus productos al sector aeroespacial. La industria está penetrada por actores internacionales y regionales que utilizan asociaciones estratégicas para mantener su participación de mercado. Los fabricantes clave incluyen Alcoa Inc.; Hitachi Metals Ltd.; Outokumpu; Tecnologías Allegheny incorporadas; Haynes International Inc.; Tecnología de carpintero; y VSMPO-Avisma Corporation.
Algunas de las nuevas empresas están ganando espacio en el mercado mediante el lanzamiento de productos innovadores. Por ejemplo, en septiembre de 2019, Digital Metal AB, con sede en Suecia, lanzó una nueva aleaciones de alto rendimiento impresas en 3D con dos aglutinantes destinadas a entornos extremos. Estos productos están disponibles en la preposición de DM 247 y DM 625, con una excepcional tecnología de inyección de aglutinante que previene estos problemas mediante la impresión a temperatura ambiente sin aplicar calor. DM 247 se deriva de MAR M247, que resulta útil para la producción de palas de turbinas y otras aplicaciones aeroespaciales en temperaturas extremas. Por otro lado, DM 625 es grado Inconel con su aplicación en los segmentos de agua de mar, equipos de procesamiento químico, nuclear y aeroespacial.
Con la llegada de la fabricación aditiva a nivel mundial, se espera que las empresas fabricantes de aleaciones de alto rendimiento inviertan en la formación de alianzas estratégicas con proveedores de aditivos para que pronto se introduzcan las categorías de productos de próxima generación. Además, la mayoría de los científicos del sector aeroespacial creen que las aleaciones de alto rendimiento son adecuadas para la impresión 3D. Por lo tanto, se prevé que los OEM de fabricación de aviones utilicen la combinación perfecta de tecnología aglutinante única y USP de superaleaciones en una categoría de producto único.
Data Bridge Market Research analiza que el mercado está creciendo con una tasa compuesta anual del 20,9% en el período previsto de 2023 a 2030 y se espera que alcance los 91.853,88 millones de dólares en 2030. El principal factor que impulsa el crecimiento del mercado de fabricación aditiva es la creciente demanda para componentes ligeros de la industria automovilística y aeroespacial.
Para obtener más información sobre el estudio, https://www.databridgemarketresearch.com/es/reports/global-additive-manufacturing-market
En los últimos años, los institutos de investigación del sector aeroespacial han aumentado el gasto en el desarrollo de superaleaciones de próxima generación para la producción de aviones. Por ejemplo, en febrero de 2020, la NASA anunció el desarrollo de una superaleación a base de níquel mediante el uso de elementos de aleación específicos que limitan la deformación nociva a temperaturas superiores a 700 °C. Estas aleaciones de alto rendimiento a base de níquel utilizan una composición de pulvimetalurgia (PM), lo que limita la nociva transformación de fase gamma prima a fase gamma e induce fallas de apilamiento durante la deformación por fluencia. Es bien sabido que los materiales de las estructuras de los aviones tienden a deformarse plásticamente bajo carga y a altas temperaturas. Como resultado, estas formas de productos de alto rendimiento se consideran materiales superiores resistentes a la fluencia que desempeñan un papel crucial en la mejora del rendimiento de los motores de aviones.
Conclusión
Se espera que el elevado gasto en materiales avanzados para reducir el gasto total en mantenimiento, junto con la introducción de aviones de nueva generación, promueva el alcance de las aleaciones de alto rendimiento en los próximos años. Además, se espera que el creciente gasto en la incorporación de nuevas tecnologías, en particular la tecnología de impresión 3D, allane el camino para que los OEM del sector aeroespacial puedan sinergizarla con las mejores cualidades de las superaleaciones y desarrollar componentes innovadores para aviones comerciales y militares.
Se espera que la gran inversión inicial requerida para la incorporación, junto con el mecanizado limitado de aleaciones de alto rendimiento en diversas formas, plantee un desafío clave para los compradores que operan en el segmento de fabricantes de equipos originales (OEM) aeroespaciales. Además, se espera que la volatilidad de los precios de las materias primas de los metales debido a la dinámica fluctuante de la oferta desde los destinos productores de níquel, aluminio, cobre y hierro plantee un desafío clave para garantizar el acceso de aleaciones de alto rendimiento para el sector aeroespacial en el futuro cercano.
Data Bridge Market Research analiza que se espera que el mercado de aleaciones de alto rendimiento experimente una CAGR del 5,80% de 2023 a 2030. Además de la información sobre escenarios de mercado como el valor de mercado, la tasa de crecimiento, la segmentación, la cobertura geográfica y los principales actores, Los informes de mercado seleccionados por Data Bridge Market Research también incluyen análisis de expertos en profundidad, producción y capacidad de las empresas representadas geográficamente, diseños de red de distribuidores y socios, análisis de tendencias de precios detallado y actualizado y análisis de déficit de la cadena de suministro y la demanda.
Para obtener una visión detallada del mercado, visite https://www.databridgemarketresearch.com/es/reports/global-high-performance-alloys-market
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