el acero inoxidable de "grado marino" se valora por su rendimiento en entornos corrosivos y por su alta ductilidad, la capacidad de doblarse sin romperse bajo tensión, lo que lo convierte en una opción preferida para oleoductos, soldaduras, utensilios de cocina, equipos químicos,implantes médicos, piezas de motores y almacenamiento de desechos nucleares. Sin embargo, las técnicas convencionales para fortalecer esta clase de aceros inoxidables generalmente se producen a expensas de la ductilidad.
Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, junto con colaboradores del Laboratorio Nacional Ames, la Universidad Tecnológica de Georgia y la Universidad Estatal de Oregón, han logrado un gran avance en la impresión 3D de una de las formas más comunes de acero inoxidable de grado marino: un tipo bajo en carbono llamado316L: eso promete una combinación incomparable de propiedades de alta resistencia y alta ductilidad para la aleación ubicua. La investigación fue publicada en línea en la revista Materiales de la naturaleza el 30 de octubre
"Para que todos los componentes que intenta imprimir sean útiles, debe tener esta propiedad de material al menos igual a la de la metalurgia tradicional", dijo el científico de materiales de LLNL y autor principal Morris Wang. "capaz de imprimir en 3D componentes reales en el laboratorio con acero inoxidable 316L, y el rendimiento del material fue realmente mejor que los realizados con el enfoque tradicional. Eso es realmente un gran salto. Hace que la fabricación aditiva sea muy atractiva y llena un gran vacío ".
Wang dijo que la metodología podría abrir las compuertas a la impresión 3D generalizada de dichos componentes de acero inoxidable, particularmente en las industrias aeroespacial, automotriz y de petróleo y gas, donde se necesitan materiales fuertes y resistentes para tolerar la fuerza extrema en entornos hostiles.
Para cumplir con éxito y superar los requisitos de rendimiento necesarios para el acero inoxidable 316L, los investigadores primero tuvieron que superar un importante cuello de botella que limita el potencial de impresión 3D de metales de alta calidad, la porosidad causada durante la fusión o fusión láser de metalpolvos que pueden hacer que las piezas se degraden y se fracturen fácilmente. Los investigadores abordaron esto a través de un proceso de optimización de densidad que involucra experimentos y modelado por computadora, y al manipular la microestructura subyacente de los materiales.
"Esta microestructura que desarrollamos rompe la barrera tradicional de resistencia-ductilidad", dijo Wang. "Para el acero, usted quiere hacerlo más fuerte, pero pierde la ductilidad esencialmente; no puede tener ambos. Pero con la impresión 3D, nosotrosson capaces de mover este límite más allá de la compensación actual "
Utilizando dos máquinas diferentes de fusión de lecho de polvo con láser, los investigadores imprimieron placas delgadas de acero inoxidable 316L para pruebas mecánicas. La técnica de fusión por láser resultó inherentemente en estructuras jerárquicas similares a células que podrían ajustarse para alterar las propiedades mecánicas, dijeron los investigadores.
"La clave fue hacer toda la caracterización y observar las propiedades que estábamos obteniendo", dijo el científico de LLNL Alex Hamza, quien supervisó la producción de algunos componentes fabricados de forma aditiva. "Cuando se fabrica 316L de forma aditiva, se crea una estructura de grano interesante, una especie decomo una vidriera. Los granos no son muy pequeños, pero las estructuras celulares y otros defectos dentro de los granos, que se ven comúnmente en la soldadura, parecen estar controlando las propiedades. Este fue el descubrimiento. No nos propusimospara hacer algo mejor que la fabricación tradicional; simplemente funcionó de esa manera "
Thomas Voisin, investigador postdoctoral de LLNL, un contribuyente clave del artículo, ha realizado caracterizaciones extensas de metales impresos en 3D desde que se unió al Laboratorio en 2016. Él cree que la investigación podría proporcionar nuevas ideas sobre la relación estructura-propiedad de los materiales fabricados aditivamente.
"La deformación de los metales está controlada principalmente por cómo los defectos a nanoescala se mueven e interactúan en la microestructura", dijo Voisin. "Curiosamente, descubrimos que esta estructura celular actúa como un filtro, permitiendo que algunos defectos se muevan libremente y, por lo tanto, proporcionen lo necesarioductilidad mientras se bloquean algunos otros para proporcionar la fuerza. Observar estos mecanismos y comprender su complejidad ahora nos permite pensar en nuevas formas de controlar las propiedades mecánicas de estos materiales impresos en 3D ".
Wang dijo que el proyecto se benefició de años de simulación, modelado y experimentación realizados en el laboratorio en la impresión 3D de metales para comprender el vínculo entre la microestructura y las propiedades mecánicas. Llamó al acero inoxidable como un sistema de "material sustituto" que podría usarse para otrostipos de metales.
El objetivo final, dijo, es aplicar computación de alto rendimiento para validar y predecir el rendimiento futuro del acero inoxidable, utilizando modelos para controlar la microestructura subyacente y descubrir cómo fabricar aceros de alto rendimiento, incluida la resistencia a la corrosión. Investigadoresluego considerará emplear una estrategia similar con otras aleaciones más livianas que sean más frágiles y propensas a agrietarse.
El trabajo tomó varios años y requirió las contribuciones del Laboratorio Ames, que realizó difracción de rayos X para comprender el rendimiento del material; Georgia Tech, que realizó el modelado para comprender cómo el material podría tener alta resistencia y alta ductilidad, y el estado de Oregon,que realizó el análisis de caracterización y composición.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Lawrence Livermore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :