Hastelloy G30 Polvo
El polvo de Hastelloy G30 es un polvo de aleación con base de níquel diseñado para aplicaciones de fabricación aditiva. Este avanzado material ofrece una excelente resistencia a la corrosión, a la oxidación y a altas temperaturas. Hastelloy G30 permite la producción de piezas metálicas complejas y de alto rendimiento mediante tecnologías de impresión 3D.
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Índice
El polvo de Hastelloy G30 es un polvo de aleación con base de níquel diseñado para aplicaciones de fabricación aditiva. Este avanzado material ofrece una excelente resistencia a la corrosión, a la oxidación y a altas temperaturas. Hastelloy G30 permite la producción de piezas metálicas complejas y de alto rendimiento mediante tecnologías de impresión 3D.
Descripción general del polvo Hastelloy G30
El polvo de Hastelloy G30 tiene las siguientes características clave:
Composición:
- Níquel: Equilibrio
- Cromo: 22,5-23,5%
- Tungsteno: 12.5-14.0%
- Hierro: 3,0% máx.
- Cobalto: 6.0%
- Molibdeno: 1.5%
Propiedades clave:
- Alta resistencia y dureza a temperaturas elevadas de hasta 1050°C
- Excelente resistencia a la corrosión en medios acuosos oxidantes, reductores y neutros
- Buena soldabilidad utilizando métodos de soldadura convencionales.
- Bajo coeficiente de dilatación térmica
Gama de tamaños de partículas: 15-45 micras
Aplicaciones industriales comunes:
- Componentes aeroespaciales
- Piezas de generación de energía
- Equipos de procesamiento químico
- Componentes de pozos de petróleo y gas expuestos a condiciones agrias
Proveedores clave: Carpenter Additive, Sandvik Osprey, Hoganas, Tecnología LPW
Propiedades metalúrgicas detalladas
Hastelloy G30 obtiene sus propiedades de una cuidadosa optimización de la composición para la impresión 3D y el posterior tratamiento térmico. Estas son algunas características metalúrgicas clave:
Tabla 1: Límites de composición y respuesta al endurecimiento por precipitación
| Elemento de composición | Wt% | Papel |
|---|---|---|
| Níquel | Saldo | Fase matriz, proporciona resistencia a la corrosión |
| Cromo | 22.5-23.5% | Forma carburos/nitruros de Cr, mejora la resistencia a la oxidación |
| Tungsteno | 12.5-14.0% | Reforzador de solución sólida, imparte resistencia al calor |
| Hierro | 3,0% máx | Reforzador adicional de solución sólida |
| Cobalto | 6.0% | Mejora la estabilidad de la matriz a temperaturas más altas |
| Molibdeno | 1,5% máx. | Reforzador de soluciones sólidas, favorece la resistencia a la corrosión |
El tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación aplicado tras la impresión 3D conduce a la formación de precipitados Ni3(Al,Ti) gamma prime y Ni3(Nb,Ti) gamma double prime. El resultado es un refuerzo significativo y una mejora de las propiedades mecánicas tanto a temperatura ambiente como elevada.
Tabla 2: Propiedades clave del polvo Hastelloy G30
| Propiedad física | Como se imprimió | Tratada térmicamente |
|---|---|---|
| Densidad (g/cc) | 8.45 | 8.45 |
| Módulo de Young (GPa) | 205 | 205 |
| Coeficiente de dilatación térmica (10-6/°C) | 11.0 | 11.0 |
| Conductividad térmica (W/m-°C) | 11 | 11 |
| Resistividad eléctrica (μΩ-cm) | 117 | 117 |
| Propiedad mecánica | Como se imprimió | Tratada térmicamente |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | 950 | 1275 |
| Límite elástico (MPa) | 790 | 1240 |
| Alargamiento (%) | 35 | 20 |
| Dureza (HRC) | 24-32 | 36-42 |
Tabla 3: Propiedades de resistencia a la corrosión
| Método de ensayo | Detalles de la prueba | Resultados |
|---|---|---|
| ASTM G28A | Soluciones ácidas (pH<3) de ácido sulfúrico y nítrico, condiciones ambientales y de ebullición, 7 días | Excelente - Sin picaduras, grietas o pérdida de peso |
| ASTM G48A | 50% solución de cloruro férrico y ácido clorhídrico, ebullición, 72 horas | Ningún ataque |
| NACE TM-01-77 | Salmuera saturada de H2S a temperatura ambiente, 1 mes | No SSC (sulfide stress cracking) |
| ISO 15156/NACE MR0175/MR0103 | Certificación de resistencia al servicio ácido | Cumple con el nivel III de servicio H2S |
La extraordinaria resistencia a la corrosión en caliente y a la temperatura ambiente permite un rendimiento fiable de los componentes fabricados en Hastelloy G30 en entornos de servicio exigentes. Cumple los estrictos niveles de certificación establecidos por NACE para aplicaciones de petróleo/gas amargo.
Impresión por fusión en lecho de polvo láser
Las piezas de Hastelloy G30 pueden fabricarse mediante técnicas de fabricación aditiva de fusión selectiva por láser (SLM) y deposición directa por láser (DLD). A continuación se indican algunos parámetros recomendados para la fusión en lecho de polvo:
Tabla 4: Parámetros típicos de impresión láser
| Parámetro | Gama |
|---|---|
| Potencia del láser (W) | 150-400 |
| Velocidad de exploración (mm/s) | 800-1500 |
| Distancia entre escotillas (μm) | 80-150 |
| Grosor de la capa (μm) | 20-100 |
| Gas inerte | Argón |
| Nivel de oxígeno | <1000 ppm |
Las piezas de alta densidad con microestructuras finas pueden fabricarse mediante un procesamiento SLM optimizado. A esto le sigue el prensado isostático en caliente para eliminar la porosidad interna y el tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación para mejorar las propiedades mecánicas.
Tabla 5: Principales modelos de impresoras láser de fusión de lecho de polvo
| Marca y modelo de impresora | Tamaño de construcción (mm) | Tipo láser | Gas inerte |
|---|---|---|---|
| EOS M400-4 | 750⌀ x 380 | Fibra Yb 400 W | Argón |
| Concepto aditivo láser M2 de GE | 250 x 250 x 300 | Nd:YAG 500W | Argón |
| Renishaw AM500 | 250 x 250 x 350 | Nd:YAG modulado 500 W | Argón |
| Soluciones SLM 280 2.0 | 280 x 280 x 365 | Nd:YAG 400W | Nitrógeno |
Todos los principales fabricantes de impresoras 3D de metal han lanzado al mercado máquinas capaces de procesar superaleaciones de níquel como Hastelloy G30 de forma impecable. Utilizan láseres de alta precisión y atmósferas controladas de gas inerte.
Aplicaciones industriales
Estas son algunas aplicaciones comunes en las que las piezas impresas de Hastelloy G30 ofrecen un rendimiento superior al de los materiales convencionales:
Petróleo y gas:
- Válvulas de pozo, árboles de Navidad, colectores
- Válvulas de seguridad de fondo de pozo, manguitos
- Tuberías superiores, conectores de fluidos
Química y petroquímica:
- Componentes internos de los recipientes de proceso, como los desnebulizadores
- Tubos, carcasas y deflectores de intercambiadores de calor
- Accesorios de tubería, codos, tes
Generación de energía:
- Camisas de combustión, conductos de transición, boquillas de combustible
- Palas, álabes y obenques de turbinas de gas
- Escudos térmicos de calderas, anillos de contención
Aeroespacial:
- Carcasas y soportes de motores de aeronaves, conductos de combustible
- Componentes de las turbobombas de las naves espaciales
El Hastelloy G30 permite diseños más ligeros y eficientes en estas aplicaciones gracias a propiedades como:
- Alta resistencia a temperaturas de hasta 1050°C
- Resistencia a la corrosión por picaduras y grietas
- Inmunidad a la corrosión bajo tensión inducida por cloruros
- Tolerancia a entornos de gas hidrógeno a alta presión
La soldabilidad del material permite unirlo a otros componentes de acero inoxidable, dúplex o aleaciones a base de níquel. Esto permite a los diseñadores imprimir únicamente las secciones expuestas a condiciones extremas.
Disponibilidad
El polvo de Hastelloy G30 puede obtenerse de los principales proveedores mundiales en los siguientes rangos de distribución de tamaño:
| Grado de polvo | Gama de tamaños de partículas |
|---|---|
| Plasma atomizado | 15-45 micras |
| Gas atomizado | 45-150 micras |
| Mezcla | 15-150 micras |
Cuadro 6: Precios indicativos
| Proveedor | Cantidad | Precio |
|---|---|---|
| Aditivo para carpinteros | 10 kg | $165/kg |
| Sandvik Osprey | 50 kg | $155/kg |
| Tecnología LPW | 100 kg | $140/kg |
| Hoganas | 500 kg | $130/kg |
Los precios varían entre $130-165/kg en función de los volúmenes de compra. También se puede suministrar atomización personalizada y clasificación por tamaños.
Tabla 7: Certificaciones del polvo Hastelloy G30
| Estándar | Método de ensayo | Especificación |
|---|---|---|
| ASTM B213 | Distribución granulométrica | 15-45 μm |
| ASTM E1131 | Análisis de oxígeno y nitrógeno | O - 0,04% máx, N - 0,02% máx |
| AMS 2241 | Verificación de la composición | Ni: Bal, Cr: 22,7%, W: 13% |
| ASTM E45 | Análisis químicos | Conforme a AMS 7268 |
| ASTM B833 | Densidad aparente y caudal | Típico 2,5-4,5 g/cc, 25-35 s/50g |
| AMS 2403 | Pruebas de contaminación | Cumple las normas de limpieza aeroespacial |
Los fabricantes de polvo de renombre comprueban cada lote según estas especificaciones antes de ponerlo a la venta. Esto garantiza propiedades consistentes y la procesabilidad de la impresora.
Consideraciones sobre la calidad de impresión
Para conseguir una densificación y un rendimiento mecánico óptimos al imprimir piezas en Hastelloy G30, tenga en cuenta estos aspectos de calidad:
- Minimizar la porosidad: El prensado isostático en caliente (HIP) debe utilizarse después de la impresión para eliminar los huecos internos y lograr una densidad >99,9%.
- Acabado superficial: El mecanizado adicional permite controlar las dimensiones críticas y mejorar la rugosidad superficial.
- Anisotropía: Las propiedades mecánicas, como la dureza y el límite elástico, muestran direccionalidad en función de la orientación de la estructura. Pruebas a lo largo de ejes horizontales y verticales.
- Post-procesamiento: El tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación después de la impresión produce un refuerzo significativo con respecto al estado tal como se imprimió. Se recomienda el solubilizado seguido de envejecimiento.
- Pruebas: Imprima una serie de geometrías de prueba estandarizadas con cada construcción para permitir la caracterización detallada y la verificación de la calidad.
Utilizando parámetros optimizados y un postprocesado adecuado, se pueden obtener propiedades mejores que las de los equivalentes fundidos o forjados en componentes impresos de Hastelloy G30.
PREGUNTAS FRECUENTES
P: ¿Qué rango de tamaño de partícula se recomienda para imprimir Hastelloy G30?
R: Se sugiere una distribución de polvo mezclado de entre 15 y 45 micras, ya que esto permite un empaquetado denso a la vez que fluye suavemente durante el repintado.
P: ¿Requiere el Hastelloy G30 prensado isostático en caliente (HIP) tras la impresión láser?
R: Sí, el HIP ayuda a eliminar los huecos internos, mejora la respuesta a la fatiga y garantiza la uniformidad de las propiedades en componentes impresos de gran tamaño. Normalmente se utiliza HIP a 1160°C bajo una presión de 100-150 MPa durante 4 horas.
P: ¿Qué tratamiento térmico se utiliza para mejorar las propiedades de las piezas G30 as-printed?
A: El tratamiento térmico de la solución a 1120°C durante 1 hora, seguido de un envejecimiento a 850°C durante 4 horas, da lugar a un refuerzo significativo y a un aumento de la dureza con respecto al estado tal como se imprimió, debido a la precipitación de la imprimación gamma y de la imprimación gamma doble.
P: ¿Es el Hastelloy G30 fácilmente soldable para unirlo a otros componentes de aleación?
R: Sí, el Hastelloy G30 presenta una excelente soldabilidad. Su baja dilatación térmica es similar a la de otras aleaciones de níquel para obtener fabricaciones soldadas fiables en aplicaciones de alta temperatura.
P: ¿Qué consideraciones de diseño hay que tener en cuenta al imprimir formas complejas con polvo de Hastelloy G30?
R: Un grosor de pared mínimo, la evitación de salientes, ángulos de inclinación superiores a 60° y estructuras de soporte suficientes ayudan a reducir las tensiones residuales y evitan la distorsión o el colapso durante la impresión de geometrías complejas.
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