Un rasgo indeseable que se encuentra en las superaleaciones procesadas tradicionalmente no existe en una superaleación a base de níquel, según un equipo de científicos de materiales que creen que esto podría conducir a nuevas técnicas de fabricación que permitan aleaciones con propiedades personalizadas.

El rasgo llamado envejecimiento dinámico por deformación (DSA), ocurre en metales a altas temperaturas sometidos a tensiones. En materiales procesados ​​convencionalmente, si DSA está presente, la resistencia del material fluctúa con la deformación aplicada, resultando en curvas dentadas de tensión-deformación.

Investigadores dirigido por Allison Beese, profesor asistente de ciencias de los materiales e ingeniería en Penn State, probó el Inconel 625 impreso en 3D frente al Inconel 625 procesado tradicionalmente utilizando la caracterización por difracción de neutrones con pruebas mecánicas en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge. Los datos recopilados a nivel microscópico dieron una imagen de los orígenes a nivel de grano de la curva de tensión serrada, y resultó en una nueva comprensión de los mecanismos de microestructura que impulsan este fenómeno. Esta investigación, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría allanar el camino para diseñar materiales sin envejecimiento dinámico por deformación.

Las superaleaciones son metales con alta resistencia y resistencia a la corrosión, incluso a altas temperaturas.

"Vimos las características curvas de tensión dentadas en Inconel 625 procesado convencionalmente a temperaturas elevadas, donde la tensión del flujo oscila hacia arriba y hacia abajo a medida que el material se deforma hacia arriba y hacia abajo, ", Dijo Beese." Ese no es un comportamiento ideal para los materiales, ya que podría resultar en una rotura temprana y un comportamiento impredecible ".

Los investigadores encontraron que la aleación convencional tenía una estructura cristalina aleatoria, pero que la versión impresa en 3D tenía una mejor textura cristalina y partículas más finamente dispersas.

"Usamos una configuración experimental única para interrogar la mecánica a nivel de grano, ", Dijo Beese." Queríamos entender cómo eso contribuye a la diferencia en el comportamiento macroscópico que vemos entre estas dos formas de Inconel 625 que tenían la misma composición elemental, pero fueron fabricados de diferentes formas. Pudimos desarrollar una comprensión mesoscópica de los orígenes de DSA, que anteriormente faltaba ".

El equipo atribuyó la falta de DSA en el material impreso en 3-D a una combinación de partículas más finas distribuidas dentro de los granos de este material y una mejor textura cristalina en el material. resultando en propiedades direccionalmente dependientes, similar a la madera, en el que el material tiene diferencias de resistencia a lo largo y a lo ancho del grano.

Beese dijo que la investigación adicional podría permitir que el material impreso en 3D se ajuste aún más para obtener el rendimiento deseado durante el procesamiento inicial o con el uso de tratamientos térmicos antes de la fabricación para ajustar las partículas y las estructuras de los granos. La impresión de superaleaciones en forma casi neta también es útil porque las superaleaciones, por su fuerza, son difíciles de mecanizar. La impresión reduce los requisitos de mecanizado, junto con la cantidad de material desperdiciado, y podría ser beneficioso.

Esta investigación, Beese dijo:podría ayudar a mejorar los modelos de larga data utilizados para diseñar y comprender los metales que se someten a DSA durante la deformación, y también proporcionar objetivos para el diseño de nuevos materiales metálicos, en particular los fabricados mediante fabricación aditiva.