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Octubre de 2018 Página 3 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.

Uno de los usos más prolíficos de la manufactura aditiva con metal hasta la fecha ha sido con una aleación de Cobalto-Cromo-Molibdeno, que simplemente se conoce como Cobalto-Cromo, en el sector dental. Este es un derivado de la aleación ISO 5832, o ASTM F75, que tiene sus orígenes históricos como una aleación Stellite®, y que originalmente se desarrolló como una aleación de fundición para el uso de implantes ortopédicos. La aleación dental, sin embargo, difiere de la aleación de implantes Cobalto-Cromo ya que es libre de níquel (Ni) y tiene tungsteno (W) en mayor contenido. Además, el uso actual de esta aleación dental en manufactura aditiva con metal por LPBF está controlado bajo licencia por los propietarios de la patente. La aleación dental tiene muy buena resistencia (> 1300MPa después de aliviar los esfuerzos), es biocompatible y se recubre fácilmente con esmalte sin problemas. Combinando la capacidad de fabricar pilares, coronas y puentes específicos para cada cliente con precisión, mediante técnicas de manufactura aditiva de precisión, como las ofrecidas en los sistemas Renishaw AM 250, ha llevado a este éxito y popularidad a estas aleaciones.

Sin embargo, aunque se ha hecho algo de trabajo en el campo de los implantes médicos, debido a la flexibilidad que ofrece la manufactura aditiva, la versión más genérica de implantes médicos de esta aleación ha encontrado usos en otros sectores industriales, el más común es el aeroespacial y el petróleo y gas, debido a su similitud con la aleación Stellite® 21. Las composiciones de aleación con mayor contenido de carbono tienden a ser mejores donde se requiere resistencia al desgaste, pero esta aleación exhibe una resistencia a la tracción moderadamente buena (>1100 MPa) con alta tenacidad, ductilidad (elongación 18-20%), buena resistencia a la corrosión y trabaja bien a altas temperaturas. Al igual que con la mayoría de los metales para manufactura aditiva, las propiedades finales se pueden adaptar a los requisitos específicos a través de una cuidadosa selección de ciclos de tratamientos térmicos.

Otras composiciones de superaleaciones de alta temperatura se basan en aleaciones del grupo Ni conocidas como Inconel®, siendo las dos variantes más frecuentes 625 y 718. La elección de la aleación a usar dependerá normalmente de la combinación de la temperatura máxima de funcionamiento y los requisitos de resistencia; sin embargo, en el sector de manufactura aditiva ha habido una preferencia inicial por la aleación 625 porque el ciclo de tratamiento térmico posterior a la construcción es relativamente sencillo, y fue el material de elección dentro del sector del automovilismo de donde se derivaron muchos trabajos iniciales de MA.

Estas aleaciones basadas en Ni tienen un alto contenido de aleación que les permite soportar una amplia variedad de ambientes corrosivos severos. Por ejemplo, en ambientes relativamente suaves como los que se encuentran en la atmósfera, agua dulce y agua de mar, solo hay un ataque mínimo; sin embargo, incluso en ambientes corrosivos más severos, la combinación de níquel y cromo proporciona resistencia a los productos químicos oxidantes, y el contenido de molibdeno proporciona resistencia a ambientes no oxidantes. La presencia de molibdeno también hace que estas aleaciones sean muy resistentes a las picaduras y a la corrosión en grietas y, además, el niobio actúa estabilizando la aleación contra la sensibilización durante la soldadura, evitando así el subsiguiente agrietamiento por corrosión por tensión intergranular.

Dado que estas aleaciones a veces no son familiares para el usuario de manufactura aditiva, como reglas básicas, es posible seleccionar qué aleación usar de acuerdo con los siguientes criterios:

Elija la aleación 625 por su alta resistencia mecánica y resistencia al creep, a la ruptura y a la corrosión a altas temperaturas, incluso en el rango de 980 °C a 1140 °C. La 625 tiene resistencia a la tracción nominal a temperatura ambiente entre 827-1034MPa. Mientras que, si se requiere una mayor resistencia a la oxidación o resistencia mecánica, el 718 se puede usar en detrimento a una temperatura operativa máxima ligeramente inferior, que generalmente está en el rango de 700 °C a 760 °C, aunque se sabe que algunas partes de 718 producidas por manufactura aditiva también se han utilizado a temperaturas superiores a 1000 °C. Una resistencia más alta se logra porque esta aleación se puede endurecer por envejecimiento, lo que generalmente se logra en un proceso de dos etapas después de un tratamiento de solución inicial seguido de un enfriamiento rápido. La aleación 718 tiene una resistencia a la tracción a temperatura ambiente nominal entre 1170-1275MPa en estado completamente envejecido. Si bien los valores dados anteriormente para la resistencia a la tracción son solo indicativos del rendimiento de estas aleaciones, se ha reportado que dentro del sector de manufactura aditiva se han alcanzado valores más altos, y por esta razón siempre es aconsejable tener sus propios resultados de pruebas verificados después de haber seleccionado o especificado un ciclo de tratamiento térmico. Tenga en cuenta que ambas aleaciones también se pueden utilizar incluso a extremadamente bajas temperaturas criogénicas.


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