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por Revista Internacional de Fabricación Extrema
La figura ilustra una ruta de diseño de aleaciones en la fabricación aditiva de aleaciones con memoria de forma de NiTiNb, que incluye tres pasos: (i) mezcla mecánica de polvos prealeados de NiTi y Nb elemental como materias primas; (ii) Fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo láser para preparar piezas sin detección; (iii) Tratamiento de solución para optimizar la microestructura y mejorar el rendimiento mecánico/funcional. Crédito: Rui Xi, Hao Jiang, Guichuan Li, Zhihui Zhang, Huiliang Wei, Guoqun Zhao, Jan Van Humbeeck y Xiebin Wang.
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La figura ilustra una ruta de diseño de aleaciones en la fabricación aditiva de aleaciones con memoria de forma de NiTiNb, que incluye tres pasos: (i) mezcla mecánica de polvos prealeados de NiTi y Nb elemental como materias primas; (ii) Fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo láser para preparar piezas sin detección; (iii) Tratamiento de solución para optimizar la microestructura y mejorar el rendimiento mecánico/funcional. Crédito: Rui Xi, Hao Jiang, Guichuan Li, Zhihui Zhang, Huiliang Wei, Guoqun Zhao, Jan Van Humbeeck y Xiebin Wang.
Para abordar los desafíos en la fabricación de estructuras de aleaciones ternarias de NiTiNb, investigadores de la Universidad de Shandong (SDU) han propuesto una estrategia de diseño de aleaciones para preparar aleaciones con memoria de forma (SMA) de NiTiNb mediante aleación in situ por fusión de lecho de polvo con láser y tratamiento posterior al calor. La aleación NiTiNb aleada in situ muestra características de transformación típicas (por ejemplo, histéresis amplia) y buenas propiedades mecánicas/funcionales.
La obra, reportado en el International Journal of Extreme Manufacturing, podría acelerar el desarrollo de SMA de alto rendimiento basados en NiTi y facilitar la fabricación de estructuras inteligentes fabricadas aditivamente.
Los SMA basados en NiTi están atrayendo cada vez más atención en las industrias biomédica, aeroespacial y automotriz debido a su efecto de memoria de forma único y su superelasticidad. Sin embargo, las dificultades encontradas en la fundición y el mecanizado convencionales han limitado su uso generalizado, especialmente para aquellos con geometrías complejas.
“La tecnología de fabricación aditiva (AM) es un método ideal para resolver los desafíos de procesamiento de los SMA basados en NiTi”, dijo Xiebin Wang, autor correspondiente del artículo y profesor de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la SDU.
“En la mayoría de los casos, la tecnología AM se ha centrado en su capacidad para preparar estructuras complejas, mientras que se han pasado por alto sus capacidades como herramienta metalúrgica. Para desarrollar nuevas estructuras inteligentes basadas en NiTi, necesitamos encontrar una manera de integrar la síntesis de materiales. y formación de estructuras.
“Aquí estamos diciendo, ¿por qué no utilizar polvos mezclados como materia prima en lugar de polvos prealeados, lo que acortaría el ciclo de desarrollo de nuevas aleaciones? ¿Se necesitan medios adicionales (por ejemplo, tratamiento post-calor) para mejorar aún más las propiedades mecánicas de las aleaciones? ¿Las piezas fabricadas aditivamente?”
En las últimas décadas, se han realizado algunos estudios preliminares sobre la aleación in situ de SMA a base de NiTi a través de AM, pero las aleaciones fabricadas siempre muestran microestructuras altamente heterogéneas y propiedades mecánicas deficientes.
Debido a las características de solidificación rápida y las historias térmicas complejas, la morfología de las estructuras eutécticas de los SMA NiTiNb fabricados aditivamente (AMed) es bastante distinta de la de las piezas preparadas convencionalmente.
Los regímenes de tratamiento térmico existentes para aleaciones convencionales no siempre son compatibles con las aleaciones AMed debido a las diferencias en la microestructura inicial. Existe una necesidad urgente de comprender la influencia del tratamiento post-calor en las aleaciones AMed NiTiNb.
Los investigadores de la SDU utilizaron polvos de NiTi prealeados como materiales base para asegurar la formación de la fase primaria de NiTi, y agregaron un 9% de polvos de Nb elemental, con el objetivo de ampliar la histéresis térmica. El parámetro del proceso AM optimizado se utilizó para producir piezas densas de NiTiNb. Se diseñó un tratamiento de solución a alta temperatura (1273 K) con diferentes tiempos de retención para mejorar el rendimiento mecánico/funcional de las aleaciones AMed NiTiNb.
Los investigadores llevaron a cabo una investigación exhaustiva sobre el efecto del tratamiento con solución en la microestructura, el comportamiento de transformación de fase y el rendimiento mecánico/funcional de las aleaciones AMed NiTiNb. También discutieron los mecanismos detrás de la evolución de la microestructura, la modulación del comportamiento de transformación y la mejora del rendimiento mecánico.
“La mayor ventaja de esta ruta de diseño de aleaciones es la integración de la síntesis de materiales y la conformación neta de geometrías complejas”, dijo Xiebin Wang. “La combinación de las ventajas metalúrgicas y de conformación de la tecnología de fabricación aditiva con las propiedades funcionales de los SMA basados en NiTi creará nuevas oportunidades para el desarrollo de novedosas estructuras inteligentes”.
Los investigadores continúan su trabajo con la esperanza de mejorar las propiedades mecánicas de los SMA basados en NiTi, comparables a las de las piezas forjadas, por ejemplo mediante prensado isostático en caliente. También están intentando aplicar esta ruta para desarrollar otros SMA ternarios o cuaternarios basados en NiTi.
Más información:
Rui Xi et al, Efecto del tratamiento con solución sobre la microestructura, el comportamiento de transformación de fase y las propiedades funcionales de las aleaciones ternarias con memoria de forma de NiTiNb fabricadas mediante aleación in situ por fusión de lecho de polvo con láser, International Journal of Extreme Manufacturing (2024). DOI: 10.1088/2631-7990/ad35fc
Proporcionado por Revista Internacional de Fabricación Extrema
2024-04-16 20:22:47
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