Aleación de níquel 52 Polvo
El polvo de aleación de níquel 52, también conocido como polvo Nicrofer 5220h o 2.4631, es un polvo de aleación de níquel-cromo utilizado para aplicaciones de fabricación aditiva e impresión 3D de metales. Esta aleación destaca por sus propiedades de alta resistencia junto con una extraordinaria resistencia a la corrosión y la oxidación a temperaturas elevadas.
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Índice
El polvo de aleación de níquel 52, también conocido como polvo Nicrofer 5220h o 2.4631, es un polvo de aleación de níquel-cromo utilizado para aplicaciones de fabricación aditiva e impresión 3D de metales. Esta aleación destaca por sus propiedades de alta resistencia junto con una extraordinaria resistencia a la corrosión y la oxidación a temperaturas elevadas.
Visión general de la aleación de níquel 52 en polvo
El polvo de la aleación de níquel 52 tiene las siguientes características clave:
- Composición: Níquel, Cromo, Hierro, Molibdeno
- Resistencia a altas temperaturas y a la fluencia
- Excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación
- Utilizado para fabricación aditiva, impresión 3D
- Aplicaciones en el sector aeroespacial, la generación de energía y el procesamiento químico
Tabla 1: Propiedades del polvo de la aleación de níquel 52
| Propiedades | Detalles |
|---|---|
| Composición | Ni: Equilibrio, Cr: 22%, Fe: 22%, Mo: 3% |
| Densidad | 8,3 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1390°C |
| Resistencia a la tracción | 850-1000 MPa |
| Límite elástico (a 20°C) | 450 MPa |
| Alargamiento | 30-35% |
| Conductividad térmica | 11 W/m-K |
| Coeficiente de dilatación térmica | 16 x 10-6/K |
| Resistencia a la corrosión | Excelente en ambientes oxidantes y reductores hasta 1100°C |
| Resistencia a la oxidación | Excelente resistencia a la oxidación isotérmica en aire hasta 1100°C |
Tabla 2: Tamaños del polvo de la aleación de níquel 52
| Tamaño del polvo | Gama | Forma de las partículas |
|---|---|---|
| Grado fino | 15-45 μm | Esferoidal |
| Grado grueso | 45-150 μm | Esferoidal |
Tabla 3: Precios del polvo de la aleación de níquel 52
| Grado de polvo | Precios |
|---|---|
| Grado fino (<45 μm) | $100/kg |
| Grado grueso (45-150 μm) | $90/kg |
Composición de la aleación de níquel 52 en polvo
La composición de la aleación de níquel 52 consiste principalmente en níquel junto con cantidades sustanciales de cromo, hierro y un pequeño porcentaje de molibdeno.
Níquel es el elemento principal que constituye el equilibrio de la composición después de los demás elementos de aleación. El níquel le confiere resistencia a la corrosión, ductilidad y propiedades mecánicas a altas temperaturas.
Cromo (Cr) constituye el 22% de la aleación de níquel 52 en polvo. La adición de cromo mejora significativamente la resistencia a la oxidación y a la corrosión. También proporciona un refuerzo de la solución sólida.
Hierro (Fe) se añade hasta 22% para mejorar la resistencia a altas temperaturas mediante el refuerzo de la solución sólida sin perjudicar la ductilidad ni la trabajabilidad.
Molibdeno (Mo) constituye el 3% de la composición de la aleación. El molibdeno mejora aún más la resistencia a temperaturas elevadas, la resistencia a la fluencia y la estabilidad de la aleación.
Esta composición química optimizada permite que el polvo de la aleación de níquel 52 demuestre una combinación excepcional de resistencia a altas temperaturas, resistencia a la fluencia, soldabilidad y resistencia a la corrosión/oxidación.
Propiedades y características
La aleación de níquel 52 destaca por sus impresionantes propiedades mecánicas unidas a una excelente resistencia a la corrosión y a la oxidación a altas temperaturas, como se resume a continuación:
Alta resistencia: La aleación de níquel 52 en polvo puede alcanzar un resistencia última a la tracción superior a 1000 MPa y un límite elástico superior a 450 MPa a temperatura ambiente. Esto significa que las piezas impresas tienen una resistencia muy alta, capaz de soportar grandes cargas mecánicas.
Buena ductilidad: A pesar de su alta resistencia, la aleación de níquel 52 conserva un alargamiento decente de 30-35% que permite cierta flexibilidad y resistencia a la fractura.
Excelente resistencia a la fluencia: La aleación tiene una excelente resistencia a la rotura por fluencia hasta 850°C debido a su refuerzo en solución sólida y a la formación de precipitados. Esto permite su durabilidad frente a la deformación bajo carga sostenida en el tiempo.
Resistente a la fatiga térmica y a los ciclos: El polvo de la aleación de níquel 52 puede soportar ciclos rápidos de calentamiento y enfriamiento sin agrietarse ni sufrir fallos prematuros. Esto es fundamental para los componentes sometidos a temperaturas fluctuantes.
Resistente a la corrosión: El alto contenido en cromo y molibdeno permite una resistencia excepcional a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes oxidantes, neutros y reductores hasta temperaturas superiores a 1000°C.
Resistencia a la oxidación: Una capa de óxido rica en cromo muy adherente protege el material de los daños por oxidación en ambientes con aire de hasta 1100°C. Resiste la oxidación por rotura incluso después de un servicio prolongado.
En general, la combinación de resistencia, ductilidad y resistencia a la fluencia, junto con la resistencia a la corrosión/oxidación a temperaturas extremas, hacen de la aleación de níquel 52 un material versátil de alto rendimiento para la AM metálica y la impresión 3D por fusión de lecho de polvo.
Aplicaciones de la aleación de níquel 52 en polvo
La aleación de níquel 52 se utiliza en aplicaciones críticas de la industria aeroespacial, la generación de energía, el procesamiento químico y otros sectores de entornos difíciles en los que la capacidad de soportar temperaturas extremas y la corrosión afecta a la vida útil y la seguridad de los componentes.
Cuadro 4: Aplicaciones del polvo de aleación de níquel 52 en diversos sectores
| Sector | Componentes | Impulsores de la demanda |
|---|---|---|
| Aeroespacial | Álabes y paletas de turbinas, toberas de cohetes, camisas de combustión | Resistencia a altas temperaturas para sistemas de propulsión |
| Generación de energía | Intercambiadores de calor, fijaciones | Resistencia a la corrosión para centrales de combustibles fósiles |
| Química y petroquímica | Válvulas, reactores, intercambiadores de calor | Resistencia a la oxidación para procesos con vapor sobrecalentado |
| Marina | Componentes del tubo de escape | Resistencia a la corrosión en entornos marinos |
Algunas aplicaciones específicas son:
- Componentes de motores aeroespaciales como álabes, toberas, carcasas y cajas
- Piezas de la sección caliente de turbinas de gas industriales
- Toberas de motores de cohetes
- Tubos intercambiadores de calor para refinerías químicas y plataformas marinas
- Válvulas y equipos de tratamiento de productos químicos corrosivos
- Componentes de escape y turbocompresores en motores marinos
La capacidad de imprimir en 3D geometrías complejas y personalizables, imposibles de conseguir mediante la fabricación convencional, amplía aún más las aplicaciones potenciales de la aleación de níquel 52 en todos los sectores.
Impresión 3D de metales con polvo de aleación de níquel 52
El polvo de la aleación de níquel 52 se utiliza principalmente como materia prima para procesos de fabricación aditiva de metales basados en la fusión de lechos de polvo (PBF), como la fusión selectiva por láser (SLM) y el sinterizado directo de metales por láser (DMLS).
El proceso típico de impresión en 3D implica:
- Extender una capa uniforme de polvo de aleación de níquel 52 sobre la plataforma de construcción.
- Fusión selectiva de polvo para solidificar la sección transversal mediante láser
- Bajar la plataforma y extender una nueva capa de polvo
- Repetición capa por capa hasta completar la pieza
Tabla 5: Parámetros típicos de impresión 3D para el polvo de aleación de níquel 52
| Parámetro | Detalles |
|---|---|
| Grosor de la capa | 20-50 μm |
| Potencia del láser | Hasta 500 W |
| Velocidad de exploración | 750-3500 mm/s |
| Distancia entre escotillas | 80-200 μm |
| Gas inerte | argón o nitrógeno |
La excelente fluidez y alta densidad del polvo de la aleación de níquel 52 permite una distribución uniforme junto con una buena absorción y retención de la energía láser, lo que da como resultado una gran capacidad de impresión.
Los tratamientos de recocido adecuados alivian las tensiones internas derivadas de la rápida solidificación inherente a los procesos de AM, lo que permite que las piezas metálicas cumplan los requisitos de diseño.
En comparación con la fundición/forja, las ventajas de la fabricación aditiva de componentes de aleación de níquel 52 incluyen:
- Geometrías complejas no posibles de otro modo
- Reducción de las piezas de montaje mediante diseños consolidados
- Tiempos de desarrollo más cortos
- Menores costes para la producción de lotes más pequeños
- Elevada relación resistencia/peso
- Excelente reproducibilidad pieza a pieza
Sin embargo, hay que tener en cuenta las limitaciones de la AM metálica:
- Mayor coste para grandes volúmenes de producción
- Tamaño máximo limitado de la envolvente de la pieza
- Puede ser necesario un tratamiento posterior adicional
- Propiedades del material anisotrópico
En general, la impresión 3D ofrece ventajas revolucionarias frente a las técnicas convencionales para pequeñas aplicaciones especializadas en las que factores como la complejidad del diseño, la personalización, los costes y los plazos de entrega son fundamentales.
Aleación de níquel 52 Proveedores de polvo
Algunos de los principales proveedores mundiales que ofrecen polvo de aleación de níquel 52 específicamente para la fabricación aditiva de metales son:
Cuadro 6: Fabricantes de polvo de aleación de níquel 52
| Empresa | Ubicación |
|---|---|
| Sandvik Osprey | Gales, Reino Unido |
| Aditivo para carpinteros | Virginia, EE.UU. |
| Höganäs | Suecia |
| Praxair | Indiana, EE.UU. |
| Sentient Jet | California, EE.UU. |
Los factores que diferencian a los productores de polvo son el control de calidad en:
- Composición química conforme a estrictas normas aeroespaciales
- Distribución esferoidal de la forma de las partículas
- Estrictos procedimientos de manipulación para evitar la contaminación
- Gama de tamaños de partículas disponibles
- Morfología uniforme del polvo de un lote a otro
Por ello, es esencial que los talleres de impresión 3D seleccionen un proveedor fiable que ofrezca una certificación de garantía de calidad completa para el polvo de aleación de níquel 52 que se adapte a los parámetros y requisitos exactos de su proceso de fabricación.
Aleación de níquel 52 Costes del polvo
Los polvos de aleación de níquel son más caros que los polvos de acero inoxidable convencionales debido a las composiciones patentadas con mayor contenido de níquel y cromo.
Comparación con otros polvos de aleación de níquel
El polvo de la aleación de níquel 52 ofrece unas propiedades mecánicas a alta temperatura y una resistencia a la corrosión sustancialmente mejores que las aleaciones de níquel básicas, pero es más caro.
Tabla 7: Comparación de la aleación de níquel 52 con otras aleaciones de níquel en polvo
| Aleación | Fuerza | Resistencia a la oxidación | Resistencia a la corrosión | Coste |
|---|---|---|---|---|
| Aleación de níquel 52 | Más alto | Hasta 1100°C | Excelente hasta 1100°C | Alta |
| Inconel 718 | Medio | Hasta 700°C | Moderado hasta 700°C | Medio |
| Inconel 625 | Más bajo | Hasta 980°C | Bueno hasta 980°C | Bajo |
Inconel 718 es una aleación de níquel en polvo alternativa más barata, pero empieza a reblandecerse por encima de 650°C, por lo que no puede igualar la capacidad de temperatura de 1100°C de la aleación de níquel 52. También tiene menor resistencia a la corrosión y la oxidación a temperaturas extremas.
Inconel 625 ofrece una buena resistencia a la oxidación en servicio continuo hasta 980°C. Sin embargo, carece de suficiente resistencia a altas temperaturas para aplicaciones de carga dinámica. La resistencia disminuye rápidamente por encima de 700°C.
En entornos extremos con temperaturas superiores a 1.000 °C y corrosión u oxidación en caliente, la aleación de níquel 52 supera claramente a las alternativas con un coste superior. Sin embargo, para aplicaciones menos exigentes, el Inconel 718 o el 625 pueden ofrecer prestaciones suficientes a precios más bajos.
Normas y calidades de la aleación de níquel 52 en polvo
El polvo de aleación de níquel 52 para aplicaciones AM se fabrica de conformidad con las siguientes especificaciones internacionales de materiales:
- ASTM B466: Norma para piezas de fundición de aleaciones de níquel, cromo, molibdeno y columbio.
- AMS 5832: Aleación de Níquel, Resistente a la Corrosión y al Calor, Barras, Piezas Forjadas y Anillos 52.5Ni - 22Cr - 22Fe - 3Mo
- DIN 2.4631 / NiCr22Fe19Mo3: Fundición de aleaciones termorresistentes
Estas especificaciones definen las normas aceptables de composición, propiedades mecánicas, estructura del grano, acabado superficial y procesos de calidad en todas las cadenas de suministro mundiales.
Tabla 8: Tipos de certificación del polvo de la aleación de níquel 52
| Certificación | Descripción |
|---|---|
| AS9100D Aeroespacial | Cumple las normas de gestión de calidad de la aeronavegabilidad para aplicaciones aeroespaciales críticas para el vuelo |
| ISO 9001 | Verifica el cumplimiento de los procesos del sistema de gestión de la calidad en toda la cadena de producción y suministro. |
| ISO 13485 | Confirma que se cumple la estricta normativa sobre productos sanitarios |
Los principales fabricantes de polvos metálicos de AM han certificado sus polvos de aleación de níquel 52 conforme a estas especificaciones, lo que da a los clientes la confianza de recibir materiales de alta calidad sin defectos, adecuados para aplicaciones reguladas en sectores como el aeroespacial, la defensa, la energía y la medicina.
Buenas prácticas para el desarrollo de parámetros de impresión
Dado que la aleación de níquel 52 es relativamente nueva en las aplicaciones de impresión 3D de metales, aún no se han estandarizado los parámetros de impresión eficaces. Los talleres de impresión deben colaborar estrechamente con sus proveedores de polvo y los fabricantes de impresoras para desarrollar parámetros de impresión optimizados sobre la base de ensayo y error teniendo en cuenta factores como:
- Potencia del láser, velocidad de escaneado, distancia entre escotillas
- Ajustes del caudal de gas inerte
- Temperaturas de precalentamiento y calentamiento de la placa base
- Orientación de las piezas y estructuras de apoyo
- Ciclos de recocido
Es imprescindible realizar una caracterización exhaustiva de los materiales utilizando geometrías de prueba para cuantificar las propiedades de los materiales alcanzables para un rendimiento suficiente de la pieza. Deben realizarse mediciones de microestructura, dureza, ensayos de tracción y microscopía para comparar las construcciones de cupones de muestra antes de invertir en costosas series de producción de piezas finales.
Tabla 9: Pautas de desarrollo de los parámetros de impresión para la aleación de níquel 52
| Objetivo | Método | Métricas | Objetivo |
|---|---|---|---|
| Optimización de la densidad | Experimentos con matrices de parámetros | Densidad relativa | >99,5% |
| Reducción de la tensión residual | Patrones de exploración modificados, pre/post calentamiento | Deformación, DRX, modelización | Distorsión minimizada |
| Propiedades mecánicas | Pruebas de tracción/fatiga | UTS, límite elástico, alargamiento % | Coincidir con las propiedades de destino |
| Control de la microestructura | Variaciones de los parámetros | Granulometría, análisis de fases | Granos finos y uniformes |
| Minimización de costes | Análisis de volumen | Cantidad de piezas por fabricación | Maximizado |
Con protocolos de prueba rigurosos que aprovechen estas mejores prácticas, los usuarios pueden marcar los ajustes óptimos para explotar todo el potencial de la aleación de níquel 52 en sus aplicaciones específicas. Consulte estrechamente con expertos de proveedores de materiales, OEM de impresoras y proveedores de servicios externos para aplicar eficazmente estos procedimientos de desarrollo.
PREGUNTAS FRECUENTES
A continuación se responden algunas preguntas frecuentes relacionadas con la impresión 3D en metal utilizando polvo de aleación de níquel 52:
¿Qué rango de tamaño de partícula es el más adecuado para la impresión por fusión en lecho de polvo láser de la aleación de níquel 52?
Se recomienda un rango de tamaño de partícula entre 15-45 micras como el polvo de grado más fino para el escaneado de precisión de capas finas. Los polvos más gruesos de 45-100 micras también pueden proporcionar una buena imprimibilidad a velocidades más rápidas al reducir la reflectividad del láser.
¿Qué tipo de postratamiento requieren las piezas de aleación de níquel 52 AM?
Los componentes de aleación de níquel 52 impresos presentan tensiones residuales debidas a la fusión localizada y a la rápida solidificación inherentes a la impresión 3D. Los tratamientos térmicos de alivio de tensiones entre 700 °C y 1.000 °C basados en HIP o recocido en horno de vacío son vitales para eliminar las tensiones internas y mejorar las propiedades mecánicas. El prensado isostático en caliente adicional puede maximizar aún más la densidad. También puede aplicarse un mecanizado o rectificado mínimo para lograr la precisión dimensional y la calidad de acabado superficial deseada.
¿Es compatible la aleación de níquel 52 con la impresión multimaterial o la aleación mediante metal AM?
Sí, los compuestos de aleación de níquel o los materiales de gradación funcional que contienen transiciones graduales de la aleación de níquel 52 a otras aleaciones en polvo como el acero inoxidable son bastante factibles sin grandes modificaciones en la ciencia de los materiales. Los elementos de la aleación aglutinante y la composición del níquel base permiten fácilmente capacidades compatibles de aleación o entremezcla dentro de los volúmenes de construcción AM.
¿Puede soldar o reparar aditivamente componentes AM de aleación de níquel 52?
Sí, las piezas de aleación de níquel 52 impresas por fusión en lecho de polvo pueden soldarse o repararse con éxito mediante procesos de AM basados en deposición de energía dirigida, como la deposición de metal por láser (LMD) o la fabricación aditiva por haz de electrones. Debe utilizarse un material de relleno de níquel compatible para reconstruir las zonas desgastadas o unir los subcomponentes manteniendo la química, la mecánica y el rendimiento a alta temperatura deseados.
¿Qué principios de diseño deben seguirse al modelar piezas utilizando la aleación de níquel 52 para la AM metálica?
Es necesario implementar directrices de diseño para los procesos de fusión de lecho de polvo que tengan en cuenta factores como la orientación óptima de la pieza, ángulos de voladizo mínimos, grosores de pared suficientes, estructuras de soporte adecuadas y radios de transición para permitir construcciones sólidas. Para fabricar componentes de aleación de níquel 52 totalmente funcionales mediante impresión 3D, es fundamental tener en cuenta las restricciones de fabricación y el posible posprocesamiento en el modelo CAD.
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