PREP Polvo de aleación de titanio refractario
El TiAl es una nueva clase de aleaciones aeroespaciales que ofrece una excelente relación resistencia-peso, así como una gran estabilidad química y térmica. La aleación de aluminuro de titanio gamma tiene excelentes propiedades mecánicas, así como resistencia a la oxidación y la corrosión a temperaturas elevadas (más de 600 grados Celsius). El TiAl es la última clase de materiales que compite con las superaleaciones de níquel en la fabricación de piezas de motores aeronáuticos, como las turbinas de baja presión.
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Índice
Descripción general del polvo de aleación de titanio refractario PREP
La aleación PREP (proceso de electrodo giratorio de plasma) es un polvo de aleación de titanio refractario de alto rendimiento diseñado para la fabricación aditiva de componentes que necesitan excelentes propiedades mecánicas a temperaturas extremas.
Este artículo proporciona una guía completa sobre la composición, las propiedades, los parámetros de impresión, las aplicaciones, las especificaciones, los proveedores, el manejo, la inspección, las comparaciones, los pros y los contras y las preguntas frecuentes de la aleación de titanio PREP que cubre el polvo. La información cuantitativa se presenta en tablas de fácil referencia.
Composición del polvo de aleación de titanio PREP
La aleación PREP tiene una composición compleja que contiene varios elementos solutos:
| Elemento | Peso % | Propósito |
|---|---|---|
| Titanio | Saldo | Elemento principal de la matriz |
| Aluminio | 5 – 7 | Reforzador de solución sólida |
| Estaño | 1 – 3 | Reforzador de solución sólida |
| Zirconio | 0.5 – 2 | Control de la estructura del grano |
| Molibdeno | 1 – 3 | Reforzador de solución sólida |
| Silicio | 0.5 – 1.5 | Resistencia a la oxidación |
| Niobio | 1 – 3 | Formador de carburo |
| Tántalo | 1 – 3 | Formador de carburo |
También se añaden trazas de boro y carbono para reforzar los límites de grano.
Propiedades del polvo de aleación de titanio PREP
La aleación PREP exhibe una combinación excepcional de propiedades:
| Propiedad | Descripción |
|---|---|
| Alta resistencia | Excelente resistencia a la tracción y a la fluencia hasta 700°C |
| Resistencia a la fatiga | Alta vida de fatiga a temperaturas elevadas |
| Resistencia a la fractura | Hasta 100 MPa-√m |
| Resistencia a la oxidación | Forma incrustaciones protectoras de óxido. |
| Estabilidad térmica | Estabilidad microestructural después de exposiciones prolongadas. |
| Tolerancia al daño | Resistente al crecimiento de grietas |
| Biocompatibilidad | No tóxico y no alergénico |
Las propiedades permiten componentes livianos para aplicaciones exigentes.
Parámetros de impresión AM para polvo de aleación de titanio PREP
Los parámetros típicos del proceso AM incluyen:
| Parámetro | Valor típico | Propósito |
|---|---|---|
| Altura de la capa | 30-50 micras | Resolución versus velocidad de construcción |
| Potencia del láser | 150-500W | Suficiente fusión sin evaporación |
| Velocidad de exploración | 750-1500 mm/s | Densidad versus tasa de producción |
| Distancia entre escotillas | 80-120 micras | Propiedades mecánicas |
| Prensado isostático en caliente | 900°C, 100 MPa, 3 horas | Eliminar vacíos internos |
Parámetros optimizados para densidad, microestructura, tasa de construcción y requisitos de posprocesamiento.
Aplicaciones de piezas de titanio PREP impresas en 3D
Los componentes de aleación PREP sirven para aplicaciones críticas que incluyen:
| Industria | Componentes |
|---|---|
| Aeroespacial | Palas de turbina, piezas de compresor, soportes. |
| Automoción | Bielas, válvulas, ruedas de turbocompresor. |
| Médico | Implantes ortopédicos, herramientas quirúrgicas |
| Química | Bombas, válvulas, recipientes de reacción |
| Generación de energía | Componentes de la ruta del gas caliente |
Los beneficios sobre los equivalentes forjados incluyen geometrías complejas y desarrollo acelerado.
Especificaciones del polvo de titanio PREP para AM
El polvo de aleación PREP debe cumplir con especificaciones estrictas:
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Gama de tamaños de partículas | 15-45 μm típico |
| Forma de las partículas | Morfología esférica |
| Densidad aparente | >2,5 g/cc |
| Densidad del grifo | >4,5 g/cc |
| Caudal Hall | >35 segundos para 50 g |
| Pureza | >99.95% |
| Contenido de oxígeno | <1000 ppm |
Distribuciones de tamaño personalizadas y niveles de oxígeno controlados disponibles.
Proveedores de polvo de aleación de titanio PREP
El polvo de aleación PREP es suministrado por:
| Proveedor | Ubicación |
|---|---|
| Praxair | EE.UU. |
| AP&C | Canadá |
| Tekna | Canadá |
| Metálisis | REINO UNIDO |
| Tecnología LPW | REINO UNIDO |
| EOS | Alemania |
Los precios oscilan entre $250/kg y $450/kg según la calidad, la distribución del tamaño y el volumen del pedido.
Manipulación y almacenamiento de polvo de titanio PREP
Como material reactivo, es esencial manipular cuidadosamente el polvo de aleación PREP:
- Almacene contenedores sellados bajo gas inerte como argón.
- Evite la exposición al aire y la humedad durante la manipulación.
- Utilice equipos con toma de tierra adecuada
- Evitar la acumulación de polvo para minimizar el riesgo de explosión
- Se recomienda ventilación local
- Utilice EPP adecuado y evite la inhalación.
Las técnicas y controles adecuados previenen la oxidación del polvo.
Inspección y prueba de polvo de titanio PREP
Los lotes de polvo de aleación PREP se validan utilizando:
| Método | Parámetros probados |
|---|---|
| Análisis granulométrico | Distribución granulométrica |
| Imágenes SEM | Morfología de las partículas |
| EDX | Química/composición |
| DRX | Fases presentes |
| Picnometría | Densidad |
| Caudal Hall | Fluidez del polvo |
Las pruebas según las normas ASTM garantizan la coherencia entre lotes.
Comparación de la aleación PREP con polvos de titanio alternativos
La aleación PREP se compara con otros materiales de titanio como:
| Aleación | Fuerza | Resistencia a la oxidación | Coste | Imprimibilidad |
|---|---|---|---|---|
| DEBERES | Excelente | Excelente | Alta | Bien |
| Ti64 | Bien | Bien | Medio | Feria |
| Ti6242 | Excelente | Bien | Alta | Feria |
| CP-Ti | Bajo | Excelente | Bajo | Excelente |
PREP proporciona las mejores propiedades generales, pero a un costo mayor que las aleaciones más utilizadas como Ti64.
Pros y contras del polvo de titanio PREP para AM
| Pros | Contras |
|---|---|
| Excelente resistencia a altas temperaturas | Caro en comparación con Ti64 y CP-Ti |
| Excelente resistencia a la fatiga termomecánica | Mayor densidad que otras aleaciones de titanio. |
| Posibilidad de geometrías complejas | Manejo en atmósfera controlada obligatorio |
| Menor anisotropía que Ti64 y CP-Ti | Procesamiento muy sensible a la técnica. |
| Propiedades coincidentes con las formas forjadas PREP | Proveedores limitados y variantes de aleaciones. |
PREP permite una fabricación aditiva de rendimiento excepcional, pero requiere un control muy riguroso de las condiciones del proceso.
Preguntas frecuentes sobre el polvo de aleación de titanio PREP
P: ¿Para qué se utiliza la aleación de titanio PREP en AM?
R: La aleación PREP se utiliza para imprimir en 3D componentes aeroespaciales y automotrices livianos que necesitan propiedades mecánicas extremadamente altas a temperaturas de hasta 700 °C.
P: ¿Qué tamaño de partícula se recomienda para imprimir aleación de titanio PREP?
R: Un rango de tamaño de polvo de 15 a 45 micrones proporciona un buen equilibrio entre fluidez, alta resolución y piezas impresas densas.
P: ¿El titanio PREP requiere prensado isostático en caliente después de la mañana?
R: Se recomienda HIP para eliminar los huecos internos, maximizar la resistencia a la fatiga y lograr una densidad total. Puede que no sea obligatorio para aplicaciones no críticas.
P: ¿Qué material tiene propiedades más cercanas a las de la aleación de titanio PREP?
R: Ti-6Al-4V tiene una densidad comparable y una buena resistencia a altas temperaturas, pero una menor resistencia a la oxidación en comparación con las aleaciones PREP.
P: ¿Qué beneficios ofrece la aleación PREP sobre Ti-6Al-4V en AM?
R: Las ventajas clave son una mayor resistencia a la tracción y a la fatiga de hasta 700 °C junto con una resistencia a la fluencia y a la fatiga termomecánica significativamente mejor.
P: ¿Qué precisión se puede obtener con las piezas impresas de titanio PREP?
R: Después del posprocesamiento, los componentes PREP impresos pueden lograr tolerancias dimensionales y un acabado superficial comparable a las piezas de titanio mecanizadas por CNC.
P: ¿Qué defectos pueden ocurrir al imprimir aleación de titanio PREP?
R: Los posibles defectos son grietas, distorsión, porosidad, fusión incompleta y rugosidad de la superficie. La mayoría se puede minimizar mediante parámetros optimizados.
P: ¿Se pueden quitar fácilmente las estructuras de soporte de las piezas AM de titanio PREP?
R: Los soportes mínimos correctamente diseñados se pueden desmontar fácilmente después de la impresión debido a las excelentes propiedades mecánicas de las aleaciones PREP.
P: ¿Qué tipo de posprocesamiento se realiza normalmente en los componentes de titanio PREP?
R: El prensado isostático en caliente, el tratamiento térmico, el mecanizado con flujo abrasivo, el mecanizado CNC y el electropulido son procesos posteriores que se utilizan habitualmente.
P: ¿Cuál es la diferencia clave entre Ti-6Al-4V Grado 5 y Grado 23?
R: El grado 5 tiene un mayor contenido de oxígeno para una mejor fluidez del polvo, mientras que el grado 23 tiene un menor contenido de oxígeno para una mayor tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga.
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Polvos metálicos para impresión 3D y fabricación aditiva
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