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Octubre de 2018 Página 2 de 4

El statu quo de las aleaciones metálicas en la manufactura aditiva (Segunda parte)

Con información de Renishaw.

La elección del polvo de aleación de metal correcto es quizás la primera decisión clave para cualquier ingeniero a la hora de producir una pieza aditivamente.

La aleación más popular en uso hoy en día es el acero martensítico envejecido que a menudo se conoce como M300 o 1.2709, y clasificado dentro del sector de la manufactura aditiva como acero para herramientas; sin embargo, esta aleación fue de hecho desarrollada y utilizada por el sector aeroespacial para casos de misiles y cohetes, resortes de retroceso, elementos flexibles, actuadores, componentes de tren de aterrizaje, ejes de alto rendimiento, engranajes y sujetadores. La aleación luego se usó en herramientas de extrusión, y en la industria de fundición a presión para matrices de larga duración y también como clavijas de núcleo. Al igual que la aleación de titanio descrita anteriormente, los aceros envejecidos se pueden tratar térmicamente de varias maneras para obtener propiedades muy diferentes; sin embargo, a diferencia del titanio, es posible utilizar el acero martensítico envejecido en la condición en que se construyó sin ningún otro tratamiento térmico. Como tal, la resistencia a la tracción, por ejemplo, puede variar desde alrededor de 1000MPa en la condición de construcción hasta, y por encima de, 2000MPa en la condición de endurecimiento por envejecimiento.

La razón por la cual este acero en particular ha demostrado ser tan exitoso se debe una vez más a su uso diverso en varias industrias, y en particular porque las piezas fabricadas por manufactura aditiva se han utilizado con éxito como alternativa a las herramientas de moldeo producidas convencionalmente de los aceros para herramienta H13 y H11, los cuales han demostrado ser difíciles de procesar a través de manufactura aditiva.

De los aceros inoxidables, principalmente han sido los aceros inoxidables martensíticos endurecibles por precipitación, ya sea 17-4PH o 15-5PH, este último supuestamente con una mejor resistencia a la oxidación a mayor temperatura, y los aceros inoxidables austeníticos ASM serie 300, 316L y 304L. Al igual que con las aleaciones descritas anteriormente, estos dos tipos de aceros inoxidables se eligieron inicialmente como metales candidatos para manufactura aditiva debido a la variedad de usos industriales, ofreciendo así un mayor rango de posibilidades para esta nueva tecnología. Todos estos aceros se utilizan comúnmente en el sector aeroespacial, o para dispositivos médicos, y en industrias pesadas, como el sector del petróleo y el gas.

Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación (PH) típicamente ofrecen alta resistencia a la tracción, resistencia a la corrosión y resistencia a la oxidación moderadamente buena a altas temperaturas, al mismo tiempo que exhiben una buena tenacidad. Ambas aleaciones se usan generalmente en la condición de endurecimiento por envejecimiento y esto se logra mediante ciclos de tratamiento térmico después de que las piezas se hayan construido y retirado de la máquina de manufactura aditiva. Incluso sin ningún tratamiento de solución inicial, estos aceros inoxidables PH pueden tener resistencias a la tracción superiores a 1400MPa.

Como con todas las aleaciones, existe una gama de composiciones permitidas que se describen en la norma internacional correspondiente para la aleación, y esto también significa que algunos pequeños cambios en la composición de la aleación de un proveedor a otro también pueden conducir a una variación significativa en las propiedades del material; sin embargo, las propiedades finales dependen en gran medida del historial exacto de tratamiento térmico de las piezas en cuestión.

Un error común de los primeros en adoptar la manufactura aditiva usando el 17-4PH fue no enfriar las piezas lo suficiente como para obtener una estructura totalmente martensítica antes de llevar a cabo el endurecimiento por envejecimiento. Esto llevó a propiedades mecánicas significativamente más bajas de lo esperado y a la falsa creencia de que este acero inoxidable no podía usarse para producir piezas de calidad a través de manufactura aditiva.

Finalmente, se ha llevado a cabo muy poco trabajo hasta la fecha sobre las otras propiedades físicas de estas aleaciones, pero algunas investigaciones tempranas encontraron que la resistencia a la corrosión de las piezas producidas por manufactura aditiva, después de un ciclo de endurecimiento por envejecimiento, era muy inferior a los equivalentes forjados convencionalmente. Esto indica que el tratamiento térmico es un paso crítico en la cadena de posprocesamiento para estos aceros si se quiere lograr el mejor rendimiento.

De los aceros inoxidables austeníticos, el 316L es por mucho el más utilizado en manufactura aditiva con metal. Como aleación industrial estándar, se selecciona por su resistencia a la corrosión, especialmente en algunos entornos ácidos, y debido a su resistencia superior en comparación con el acero inoxidable 304. Estos aceros inoxidables de una sola fase no son tratables térmicamente, lo que significa que su resistencia no se puede aumentar significativamente a través del tratamiento térmico; sin embargo, una de las peculiaridades de la ruta de proceso de manufactura aditiva es que en este caso típicamente resulta en aleaciones de mayor resistencia en comparación con los productos forjados convencionalmente. Algunas cifras reportadas de resistencia a la tracción sugieren que se pueden lograr más de 700 MPa, pero la mayoría de los usuarios de manufactura aditiva han reportado valores superiores a 600 MPa, que aún es más alto que el material forjado típico, a menos que se haya trabajado en frío; Sin embargo, a diferencia de los aceros inoxidables PH, ha habido niveles generalmente aceptables de resistencia a la corrosión en las piezas producidas por manufactura aditiva con la aleación de 316L.


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