Acero martensítico envejecido MS1 Polvo

El acero martensítico envejecido es una familia de aceros de alta resistencia cuya resistencia no procede del carbono, sino de la precipitación de compuestos intermetálicos. Los aceros martensíticos ofrecen una excelente combinación de propiedades mecánicas, como alta resistencia, buena tenacidad a la fractura y buena soldabilidad, lo que los hace útiles en diversas aplicaciones industriales críticas. El acero martensítico envejecido MS1 en polvo es una aleación de acero martensítico envejecido en polvo diseñada para técnicas de fabricación aditiva como la fusión de lecho de polvo láser (LPBF) y la deposición de energía dirigida (DED). Como material de ingeniería avanzada, el MS1 ofrece claras ventajas sobre los grados de maraging convencionales para los procesos de AM basados en polvo. Este artículo ofrece una visión general del acero martensítico envejecido MS1, incluida su composición, características principales, métodos de procesamiento, aplicaciones, ventajas e inconvenientes y detalles de suministro.

Descripción general del acero martensítico envejecido MS1 en polvo

Los aceros martensíticos son aceros martensíticos con bajo contenido en carbono diseñados para obtener resistencia a partir de precipitados intermetálicos que se forman durante el tratamiento térmico de envejecimiento. Su bajo contenido en carbono proporciona una buena soldabilidad, mientras que las importantes adiciones de aleación permiten obtener una gran resistencia mediante mecanismos de endurecimiento por precipitación. El polvo MS1 está diseñado específicamente para la fabricación aditiva de piezas de acero martensítico envejecido mediante técnicas de fusión de lecho de polvo o de deposición de energía dirigida. Detalles clave del polvo MS1: Acero martensítico envejecido MS1 Polvo Detalles clave

Parámetro	Detalles
Designación de la aleación	18% Ni, 9% Co, 5% Mo , Fe bal.
Especificación estándar	ASTM B986
Densidad	8,1 g/cm3
Gama de tamaños de partículas	15-53 μm
Proceso de fabricación	Atomización de gases
Características principales	Resistencia ultra alta, buena tenacidad a la fractura y ductilidad tras el endurecimiento por envejecimiento, excelente capacidad dimensional en AM, buena resistencia a la corrosión, buena soldabilidad.
Aplicaciones típicas	Componentes aeroespaciales, insertos para herramientas, componentes de moldes, automoción, piezas de maquinaria

Con su composición y distribución granulométrica a medida, MS1 permite la fabricación aditiva de componentes de acero martensítico envejecido densos y de alta calidad con propiedades mecánicas equivalentes o superiores a las de los grados martensíticos convencionales.

Composición y microestructura del acero martensítico envejecido MS1

Los aceros martensíticos obtienen sus propiedades únicas de su matriz martensítica de bajo contenido en carbono y de adiciones especiales de aleación. La composición desempeña un papel fundamental en el rendimiento mecánico final tras el tratamiento de envejecimiento. Acero martensítico envejecido MS1 - Composición nominal

Elemento de aleación	Peso %	Papel
Níquel (Ni)	17-19	Permite una matriz martensítica al enfriarse, proporciona un efecto endurecedor
Cobalto (Co)	8-9	Contribuye al endurecimiento por precipitación
Molibdeno (Mo)	4.5-5.5	Reforzador de precipitaciones
Titanio (Ti)	0.3-0.8	Forma precipitados, refina el tamaño del grano
Aluminio (Al)	0.05-0.15	Evita la formación de nitruros

*Las demás impurezas (por ejemplo, C, Si, Mn, etc.) se reducen al mínimo para evitar reducir la tenacidad a la fractura. El hierro es equilibrado. La matriz martensítica de bajo contenido en carbono y alto contenido en níquel proporciona una combinación de alta resistencia y buena tenacidad. Las importantes adiciones de cobalto y molibdeno permiten la formación de precipitados metálicos intermetálicos extremadamente duros como Ni3(Ti, Mo) durante el tratamiento de envejecimiento, lo que confiere al material una resistencia muy elevada. A diferencia de los grados convencionales, el polvo MS1 está especialmente diseñado con un control químico más estricto para obtener propiedades reproducibles en la fabricación aditiva.

Propiedades y características clave

El polvo de acero martensítico envejecido MS1 ofrece una combinación excepcional de resistencia ultra alta, buena tenacidad a la fractura y ductilidad, excelente procesabilidad AM y otras propiedades de ingeniería útiles que se adaptan a aplicaciones industriales críticas. Polvo de acero martensítico envejecido MS1 - Propiedades principales

Propiedades mecánicas
Resistencia a la tracción	Más de 2450 MPa
Límite elástico (0,2% offset)	Más de 2310 MPa
Alargamiento	8%
Dureza	Más de 56 HRC

Propiedades físicas
Densidad	8,1 g/cm3

Propiedades de rendimiento
Resistencia a la corrosión	Excelente, similar a los aceros inoxidables de la serie 300
Conductividad térmica	10-12 W/m.K
Resistividad eléctrica	0,8 microhm-cm

Características clave:

• Resistencia ultraelevada por endurecimiento por precipitación
• Buena tenacidad a la fractura a pesar de una resistencia muy elevada
• Propiedades y rendimiento uniformes en AM
• Excelente capacidad dimensional en AM
• Control químico constante del polvo
• Buena resistencia a la corrosión
• La alta dureza mantiene los bordes afilados de las herramientas
• Capaz de producir geometrías complejas a partir del proceso AM

La combinación de propiedades permite un rendimiento funcional en componentes críticos de la industria aeroespacial, moldes y matrices, automoción, maquinaria y otras industrias importantes.

Tratamiento térmico y transformación

Un paso clave para conseguir unas propiedades óptimas en los aceros martensíticos es un tratamiento térmico y un envejecimiento adecuados. El polvo MS1 requiere unos parámetros de procesamiento térmico optimizados para la fabricación aditiva, seguidos de un tratamiento de envejecimiento. Acero martensítico envejecido MS1 Tratamiento térmico estándar

Paso	Temperatura	Tiempo	Fase/Condición
1	1160-1200°C	Varía	Solucionar
2	490°C	6 horas	Envejecimiento - formación de precipitados endurecedores
3	Enfriar a temperatura ambiente	–	Aire frío o más rápido

Recomendaciones para el procesamiento AM

• Mantener la temperatura de la cámara a 80-100°C durante la construcción
• Utilizar estructuras de soporte ancladas a la placa de construcción
• Orientar las piezas para permitir la retirada del soporte después del proceso
• Mecanizado de superficies as-built para aliviar tensiones antes del envejecimiento
• Aplique el postprocesado HIP (prensado isostático en caliente) si es necesario
• Realice el recocido en molino si se requiere un mecanizado extenso

Parámetros típicos del proceso AM

Parámetro	Detalles
Espesor de capa	20-50 μm
Potencia láser	195-500 W
Velocidad de exploración	800-3500 mm/s
Espacio entre escotillas	60-120 μm
Temperatura del lecho de polvo	80-100°C

Se requiere un procesamiento AM especializado para conseguir componentes MS1 totalmente densos, manteniendo al mismo tiempo la unión de las partículas y una microestructura optimizada para la posterior mejora de las propiedades mediante el tratamiento de envejecimiento.

Aplicaciones del polvo de acero martensítico envejecido MS1

Gracias a su elevada relación resistencia-peso, su buena tenacidad a la fractura y su capacidad para adaptarse a geometrías complejas, el acero martensítico envejecido MS1 tiene una gran demanda en aplicaciones comerciales y de defensa críticas, entre ellas: Aplicaciones típicas de las piezas de acero martensítico envejecido MS1

Industria	Componentes	Impulsores de la demanda
Aeroespacial	Accesorios estructurales, piezas de motor, trenes de aterrizaje, tornillería	Alta resistencia, reducción de peso, resistencia a la fatiga
Herramientas para moldes industriales	Moldes de fundición a presión, moldes de inyección, moldes de soplado	Gran dureza, estabilidad dimensional, canales de refrigeración complejos
Automoción	Ejes, componentes de motores, útiles de mecanizado	Alta resistencia, vida a la fatiga
Ordenanza	Cuerpos de proyectil, componentes de retención	Resistencia ultra alta
Maquinaria	Rodillos, ejes, componentes de prensas, accesorios	Resistencia al desgaste, capacidad de carga

En el sector aeroespacial, la MS1 permite fabricar componentes de fuselajes y trenes de aterrizaje más ligeros con prestaciones mecánicas equivalentes o superiores a las de las aleaciones aeroespaciales tradicionales. La producción mediante AM facilita geometrías complejas optimizadas que no son factibles con los procesos de forja o fundición utilizados para las aleaciones convencionales de alta resistencia. Para los moldes de inyección de metal y las matrices de fundición a presión, MS1 ofrece una resistencia extrema a la presión y una estabilidad dimensional a largo plazo durante cientos de miles de ciclos, junto con canales de refrigeración conformados integrados, lo que reduce los tiempos de ciclo. En comparación con los moldes de acero para herramientas, propensos al agrietamiento por fatiga y a la comprobación por calor, los moldes MS1 ofrecen mayores longitudes de tirada de producción. En los componentes de la cadena cinemática del automóvil sometidos a cargas cíclicas y entornos corrosivos, el MS1 demuestra ventajas sustanciales de durabilidad y tolerancia a los daños frente a las aleaciones de acero inoxidable o acero para herramientas de la competencia. Su elevada dureza supera a las alternativas de menor resistencia para matrices de prensado y dispositivos de sujeción de piezas de mecanizado.

Propiedades comparativas frente a alternativas

El acero martensítico envejecido MS1 presenta claras ventajas en cuanto a propiedades frente a otros materiales candidatos utilizados en espacios de aplicación similares: Acero martensítico envejecido MS1 frente a otros materiales

Aceros para herramientas	Bien	Feria	Bien	Feria	Feria
Aceros inoxidables	Feria	Excelente	Feria	Excelente	Excelente
Aleaciones de titanio	Bien	Excelente	Bien	Excelente	Feria
Superaleaciones	Excelente	Feria	Bien	Feria	Feria

Discusión de propiedades comparativas: En términos de resistencia a la tracciónEl acero martensítico envejecido MS1 supera con creces las calidades de aluminio aeroespacial, los aceros inoxidables e incluso la mayoría de los aceros para herramientas, excepto los aceros especiales para herramientas en frío. Aunque las aleaciones de titanio y las superaleaciones de níquel pueden igualar las elevadísimas resistencias del acero martensítico envejecido, carecen de la tenacidad a la fractura. Para resistencia a la fracturaEn comparación con los materiales de alta resistencia, como los aceros para herramientas o las superaleaciones, que tienden a ser más frágiles, el MS1 presenta una buena resistencia al crecimiento de grietas y a los daños por impacto. Sin embargo, las aleaciones de titanio y los aceros inoxidables ofrecen una mayor tenacidad. En resistencia a la fatigaEl MS1 supera al aluminio, al acero inoxidable, a los aceros para herramientas e incluso rivaliza con las aleaciones de titanio con una excelente resistencia a la fatiga bajo tensiones cíclicas. Esto supone ventajas para los componentes dinámicos. Resistencia a la corrosión del MS1 es mucho mejor que la de los aceros para herramientas y comparable a la de los grados inoxidables de la serie 300, lo que lo hace adecuado para entornos que provocarían la oxidación de los componentes de acero para herramientas. Soldabilidad es un área clave en la que los grados MS1 maraging brillan en comparación con los aceros inoxidables endurecidos por precipitación o las aleaciones de aluminio y titanio endurecidas por envejecimiento. La baja aleación de carbono y níquel proporciona una buena soldabilidad mediante varios procesos de soldadura convencionales y basados en AM. En conjunto, el MS1 presenta unas propiedades muy competitivas frente a los materiales utilizados en aplicaciones de ingeniería similares en los sectores aeroespacial, de moldes y matrices, de automoción e industrial en general.

Análisis de costes

El polvo de acero martensítico envejecido MS1 ofrece unas prestaciones de alto valor, pero su precio es superior al de otros metales más utilizados: Comparación de precios - Acero martensítico envejecido frente a alternativas

Material	Precio ($/kg)	Precio relativo
Acero martensítico envejecido MS1	$100-130	Alta
Acero para herramientas (P20)	$12-15	Bajo
Acero inoxidable (316)	$8-12	Bajo
Aleación de aluminio (6061)	$3-5	Muy bajo
Aleación de titanio (Ti64)	$80-100	Alta
Superaleación de níquel (Inconel 718)	$90-120	Muy alta

El acero martensítico envejecido tiene un precio similar al de las aleaciones de titanio debido a los elevados requisitos de calidad del material y es mucho más caro que los aceros para herramientas o los aceros inoxidables. Sin embargo, su elevado coste está justificado para componentes críticos en los que se requiere un mayor rendimiento en resistencia, duración a la fatiga, retención de la dureza y otras propiedades. Factores de coste:

• El procesamiento mediante pulvimetalurgia encarece los productos forjados
• Los requisitos químicos más estrictos aumentan los costes de producción
• Volúmenes de producción relativamente inferiores a los de los aceros inoxidables
• Los altos porcentajes de aleación aumentan el coste de los insumos
• El proceso de tratamiento térmico especializado añade costes

El sobreprecio limita el uso a aplicaciones específicas que requieren propiedades excepcionales. Pero con mayores volúmenes de producción impulsados por la demanda de fabricación aditiva, se espera cierta reducción de costes en el futuro.

Disponibilidad y cadena de suministro

El acero martensítico envejecido MS1 en polvo se suministra en todo el mundo a través de distribuidores de aceros especiales y fabricantes de polvo metálico AM: Principales proveedores de polvo de acero martensítico envejecido MS1

Empresa	Ubicación de la sede	Países clave
Sandvik Osprey	REINO UNIDO	Europa, APAC
Tecnología Carpenter	EE.UU.	Norteamérica
Höganäs	Suecia	Europa, Asia
Praxair	EE.UU.	Norteamérica
Triton Alloys Inc.	Canadá	Norteamérica
Tecnología Xingrongyuan de Pekín	China	Asia-Pacífico

También hay disponibles variaciones personalizadas del polvo MS1 para la optimización de parámetros de los principales fabricantes de equipos originales de sistemas de AM metálica, como GE Additive, EOS, 3D Systems, Renishaw, etc. En comparación con las aleaciones industriales ampliamente producidas en serie, la disponibilidad de acero martensítico envejecido es menor en volumen, pero el mercado en expansión está impulsado por las aplicaciones de alto rendimiento en los sectores aeroespacial, de defensa, automoción y maquinaria industrial. La logística de la cadena de suministro global y la producción localizada pueden satisfacer la creciente demanda de la producción posibilitada por la AM.

Limitaciones y problemas

Aunque el acero martensítico envejecido MS1 presenta excelentes propiedades generales, existen algunas limitaciones: Limitaciones del acero martensítico envejecido MS1

Limitación	Descripción
Coste elevado	De 4 a 10 veces más caro que los aceros al carbono o inoxidables, lo que limita su uso a componentes críticos.
Baja resistencia a la oxidación	No se recomienda su uso prolongado en ambientes oxidantes de más de 400°C
Requiere atmósfera controlada	Requiere un entorno con poco oxígeno durante las construcciones AM
Baja conductividad térmica	Las piezas procesadas por AM tienen una conductividad más baja que afecta a los límites de rendimiento
Cuestiones de seguridad	El contenido de cobalto aumenta los riesgos respiratorios
Difícil reciclabilidad	Su compleja composición plantea problemas de reciclado

El sobreprecio es el factor más prohibitivo que limita la adopción universal. Los casos de uso se limitan a aplicaciones de alto valor en las que el rendimiento mecánico justifica el coste. La resistencia a la oxidación es inferior a la de las superaleaciones de níquel o las aleaciones inoxidables debido a su menor contenido en cromo y aluminio. El funcionamiento prolongado a altas temperaturas requiere revestimientos protectores o entornos controlados. La procesabilidad para la AM por fusión en lecho de polvo requiere cámaras de bajo oxígeno para evitar la oxidación, mientras que el contenido de cobalto plantea riesgos respiratorios durante la manipulación del polvo que requieren controles de seguridad.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las principales ventajas del acero martensítico envejecido MS1 para la fabricación aditiva? R: Entre las principales ventajas se incluyen resistencias ultraelevadas superiores a 2450 MPa con buena resistencia a la fractura, propiedades constantes y predecibles gracias a la composición controlada del polvo, excelente estabilidad dimensional para piezas AM, alta dureza superior a 56 HRC que rivaliza con los aceros para herramientas de trabajo en frío, paredes más finas y pesos más ligeros factibles en piezas de aluminio, capacidad para fabricar geometrías complejas, mejor longevidad que los aceros para herramientas bajo cargas cíclicas. P: ¿Qué material tiene las propiedades más parecidas al acero martensítico envejecido MS1? R: En cuanto a la combinación de una resistencia ultra alta con una buena tenacidad a la fractura, la alternativa más cercana son las aleaciones de titanio aeroespaciales como Ti64 (Ti-6Al-4V). Sin embargo, el Ti64 es más denso, con 4,4 g/cc, mientras que el MS1 proporciona una mayor resistencia específica. Para mantener la dureza por encima de 56 HRC, los aceros para herramientas de trabajo en frío son los más adecuados, pero tienen una menor tenacidad a la fractura. P: ¿Qué industrias utilizan más el acero martensítico envejecido MS1? R: Los principales sectores que utilizan MS1 son el aeroespacial para accesorios, componentes y fijaciones de aeronaves; utillaje de moldes, como moldes de inyección y matrices de fundición a presión para la producción de piezas de automóviles y electrónica de consumo; piezas de transmisión de automóviles, como ejes, engranajes y componentes de prensas; equipos industriales, como rodillos de procesamiento de alimentos que requieren resistencia a la corrosión. Las futuras áreas de crecimiento implican una mayor adopción en estructuras de vehículos, prótesis y artículos deportivos. P: ¿Requiere MS1 tratamiento térmico antes de su uso? R: Sí, el tratamiento térmico mediante recocido en solución seguido de envejecimiento es fundamental para lograr una resistencia ultra alta de más de 2450 MPa y una dureza de más de 56 HRC mediante mecanismos de endurecimiento por precipitación. Unos parámetros de fabricación AM optimizados combinados con el tratamiento de envejecimiento dan como resultado un rendimiento mecánico máximo. P: ¿Se pueden soldar piezas de acero martensítico envejecido MS1? R: Sí, el MS1 presenta una buena soldabilidad comparable a la de los aceros inoxidables de la serie 300, a diferencia de los aceros inoxidables endurecidos por precipitación que pierden propiedades después de la soldadura. Se recomienda utilizar material de aporte de composición adecuada y puede ser necesario un tratamiento de envejecimiento después de la soldadura para restablecer las resistencias máximas a través de la zona afectada por el calor.

Conclusión

El polvo de acero martensítico envejecido MS1, con su composición química adaptada y su ruta de procesamiento que permite una resistencia de más de 2450 MPa tras el endurecimiento por envejecimiento, presenta unas capacidades revolucionarias para la próxima generación de aplicaciones aeroespaciales, de automoción, de utillaje para moldes y aplicaciones industriales críticas. Su resistencia ultraelevada rivaliza con la de los aceros para herramientas de trabajo en frío, al tiempo que ofrece una tenacidad competitiva frente al titanio o las aleaciones de níquel, una resistencia a la corrosión cercana a la de los grados inoxidables de la serie 300 y una soldabilidad más fácil que otras aleaciones de endurecimiento por precipitación. La fabricación aditiva con MS1 ofrece un rendimiento sin precedentes de los componentes que se filtra desde los sectores aeroespacial y de defensa a medida que la AM se extiende a aplicaciones comerciales y de consumo más amplias. A medida que aumente el volumen de producción impulsado por la AM de metales industriales, el acero martensítico envejecido MS1 se afianzará como material de ingeniería avanzada que constituye la columna vertebral de la movilidad, las infraestructuras y el progreso tecnológico moderno.