Aleación de níquel HX Polvo

Calificación e impresión

La cualificación de nuevos materiales como el polvo de aleación de níquel HX para la fabricación aditiva implica una amplia caracterización y desarrollo de procesos:

Calificación del polvo de aleación de níquel HX

• Análisis químico: confirme la conformidad de la composición con las especificaciones mediante química húmeda u OES.
• Distribución del tamaño de las partículas - Validación de los parámetros de esfericidad y tamaño del polvo mediante difracción láser
• Densidad aparente y mediciones de flujo - Comprobación de la idoneidad para el esparcimiento de polvo utilizando el caudalímetro Hall según la norma ASTM B213.
• Evaluación de la porosidad interna: analice la uniformidad de la densidad y los defectos internos mediante escáneres microCT.
• Caracterización de la microestructura: utilice SEM y EDS para evaluar la uniformidad de la aleación, la precipitación y los defectos.
• Desarrollo de los parámetros del proceso - Optimización de la potencia del láser, la velocidad y la separación de las escotillas para una densidad >99,5% utilizando cubos de prueba.
• Ensayos mecánicos - Realización de ensayos de tracción, fatiga, tenacidad a la fractura, fluencia en piezas de prueba AM y comparación con propiedades de forja.
• Evaluación no destructiva - Utilización de técnicas como el ensayo con líquidos penetrantes para identificar defectos superficiales o subsuperficiales.
• Pruebas de corrosión: evalúe la velocidad de corrosión en los entornos pertinentes mediante pruebas de inmersión o normas ASTM.
• Postprocesado - Estudio del efecto del prensado isostático en caliente (HIP) y del tratamiento térmico en las propiedades
• Demostración de aplicaciones: fabrique prototipos de componentes reales y mida el rendimiento funcional en función de los objetivos de diseño.

Estas pruebas exhaustivas validan la calidad del polvo de aleación y su idoneidad para imprimir componentes de aplicación que cumplan los objetivos de propiedades requeridos.

Directrices de los parámetros de impresión

Parámetros típicos para la impresión de polvo de aleación de níquel HX en el sistema SLM 125HL de SLM Solutions:

Los parámetros varían en función de factores como las propiedades deseadas, el acabado superficial, las prioridades de velocidad de fabricación y las capacidades del sistema de AM. Los conjuntos de parámetros se refinan continuamente mediante rigurosos enfoques de DOE para ampliar la geometría imprimible y la gama de propiedades.

Tratamiento posterior

Entre los pasos de postprocesado habituales para los componentes de aleación de níquel HX fabricados aditivamente se incluyen:

• Extracción de la placa de impresión - Corte por electroerosión de hilo o sierra de cinta para retirar piezas de la chapa
• Eliminación de soportes - Retire con cuidado los soportes autogenerados mecánicamente o mediante electroerosión.
• Alivio del estrés - Calentar el componente uniformemente a 620°C durante 1-2 horas para aliviar las tensiones residuales.
• Prensado isostático en caliente - HIP a 1160°C/100-200 MPa durante 4 horas para eliminar la porosidad interna >98% densidad
• Tratamiento de superficies - El mecanizado por flujo abrasivo y el granallado con abrasivos mejoran el acabado superficial
• Medición de las dimensiones - Confirmar las dimensiones críticas mediante inspección CMM y escaneado para precisión geométrica.
• Pruebas con colorantes penetrantes - Comprobación de los defectos de rotura de la superficie que necesitan reparación mediante penetrantes fluorescentes o de tinte visible.
• Tratamiento térmico - Tratamiento por disolución a 1120°C, enfriamiento rápido al aire + envejecimiento a 720°C/16 horas para obtener las propiedades deseadas

La automatización de las operaciones de postprocesado es crucial si se tiene en cuenta la complejidad geométrica de los componentes de fabricación aditiva que utilizan polvo de aleación de níquel HX.

Un diseño cuidadoso y estrategias de apoyo también son vitales durante el preprocesamiento para mejorar la eficiencia posterior. Las inspecciones periódicas deben validar el cumplimiento de todos los requisitos de diseño y certificación.

Aplicaciones y casos prácticos

La aleación de níquel HX se utiliza en aplicaciones muy exigentes:

Aeroespacial

• Botes de combustión - 40% reducción de peso, soporta temperaturas 100°C más altas
• Carcasa de la válvula de purga de chorro comercial - Canales de refrigeración integrados, flujo de fluido optimizado
• Cámaras de propulsión de satélites - Alta relación resistencia-peso, reutilizables

Petróleo y gas

• Cuerpos de válvulas para gases sulfurosos - Aleación de níquel resistente a la corrosión que soporta el entorno H2S
• Componentes de la válvula de seguridad de fondo de pozo - Resiste temperaturas de 150°C y la erosión
• Rodete de bomba offshore - Ligereza y eficacia en la conducción de fluidos bajo el agua de mar

Automoción

• Rueda del compresor del turbocompresor - Capacidad de alta velocidad hasta 110.000 rpm
• Válvula de control de gases de escape: soporta temperaturas de gases de escape de hasta 1050 °C
• Corona del pistón - Los canales de refrigeración conformados permiten una mayor densidad de potencia del motor

Industrial

• Boquilla de colada continua - El dispositivo de flujo de fluido a alta temperatura aumenta la productividad de la acería
• Utillaje para prensas de extrusión: mayor durabilidad y el doble de vida útil
• Elemento calefactor de la prensa de impresión - El circuito integrado de aleación de níquel soporta temperaturas de 700°C

Estos ejemplos de aplicación muestran el potencial de la aleación de níquel HX para superar los límites del rendimiento en todos los sectores mediante técnicas aditivas. Una mayor disponibilidad de datos de parámetros y demostraciones ampliará aún más su adopción.

Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las principales ventajas de la aleación de níquel HX frente a los materiales convencionales?

La aleación de níquel HX ofrece una combinación excepcional de alta resistencia de hasta 1095°C junto con una tenacidad y una resistencia a la corrosión que no pueden conseguirse con las aleaciones típicas. La fabricación aditiva permite diseños que no son posibles con técnicas sustractivas.

P: ¿Qué tratamiento térmico se utiliza para las piezas de aleación de níquel HX AM?

El tratamiento por disolución a 1120°C seguido de un envejecimiento a 720°C durante 16 horas permite un excelente equilibrio entre resistencia (>150 ksi UTS) y ductilidad (>16% El.). El HIP se aplica después de la fabricación y antes del tratamiento térmico.

P: ¿Qué proceso de AM es ideal para el polvo de aleación de níquel HX?

La fusión selectiva por láser (SLM) es preferible a la fusión por haz de electrones para la aleación de níquel HX con el fin de controlar mejor las tensiones térmicas y el agrietamiento. La SLM permite una mayor densidad a la vez que controla las propiedades direccionales.

P: ¿Qué sectores ofrecen las mejores oportunidades para la adopción de la aleación de níquel HX AM?

Los sectores aeroespacial, del petróleo y el gas, de la automoción y del tratamiento térmico industrial están adoptando la aleación de níquel HX para componentes que exigen estabilidad térmica, resistencia y comportamiento frente a la corrosión.

P: ¿Requiere la aleación de níquel HX alguna precaución especial de manipulación o almacenamiento del polvo?

Los polvos de aleación de níquel no son peligrosos, aunque es prudente tomar precauciones respiratorias y contra explosiones, como con cualquier polvo metálico fino. El almacenamiento inerte en argón con controles de humedad preserva la reutilización a largo plazo.