El postprocesamiento en un horno de tratamiento térmico de alta temperatura es estrictamente necesario para corregir las inestabilidades estructurales creadas durante el proceso de Fusión Selectiva por Láser (SLM). Debido a que la SLM implica fusión y solidificación rápidas, las piezas resultantes contienen altos niveles de estrés residual y microestructuras irregulares que deben normalizarse a través de ciclos precisos de calentamiento y enfriamiento.
El proceso SLM crea un estado de "solidificación rápida" que retiene tensiones internas y fases metalúrgicas dañinas. El tratamiento térmico a alta temperatura restablece la estructura del material, disolviendo estos defectos y precipitando fases de fortalecimiento para lograr un rendimiento que a menudo supera a las piezas fundidas tradicionales.
La Consecuencia de la Solidificación Rápida
Acumulación de Estrés Residual
El proceso SLM construye piezas capa por capa utilizando un láser de alta energía. Esto hace que el metal se funda y solidifique casi instantáneamente. Este extremo ciclo térmico genera tensiones residuales significativas dentro de la pieza, lo que puede provocar distorsión o falla si no se alivian.
Inhomogeneidad Microestructural
La velocidad de solidificación evita que los elementos dentro de la aleación se mezclen uniformemente. Esto da como resultado inhomogeneidades microestructurales, lo que significa que la composición química y la estructura cristalina varían de manera desigual en toda la pieza.
Mecanismos de Mejora del Material
Disolución de Fases Dañinas
En el estado "tal como se fabricó", las aleaciones a base de níquel a menudo contienen formaciones perjudiciales, como la fase Laves. El horno de tratamiento térmico proporciona la energía térmica necesaria para disolver estas fases quebradizas de nuevo en la matriz.
Promoción de Fases de Fortalecimiento
Una vez disueltas las fases dañinas, comienza el proceso de envejecimiento específico. Los tiempos de mantenimiento precisos permiten la precipitación de fases de fortalecimiento. Este cambio metalúrgico es responsable de las propiedades mecánicas superiores de la aleación.
Homogeneización por Difusión
Las altas temperaturas facilitan la difusión elemental. Los átomos migran dentro del metal sólido para igualar las fluctuaciones químicas, creando una estructura estable y uniforme (homogeneizada).
Consideraciones Operativas y Compensaciones
La Necesidad de Control Ambiental
No se puede realizar este tratamiento en atmósfera abierta. Para prevenir la oxidación a estas altas temperaturas, el horno debe utilizar un entorno controlado o un gas protector en flujo.
Precisión del Ciclo de Enfriamiento
Los beneficios del tratamiento térmico dependen en gran medida de cómo se enfría la pieza. Ya sea utilizando enfriamiento en horno o enfriamiento al aire, la velocidad debe controlarse estrictamente para retener las propiedades deseadas del material sin reintroducir tensiones.
Tomando la Decisión Correcta para su Objetivo
Para maximizar el rendimiento de sus piezas de aleación a base de níquel SLM, alinee su estrategia de tratamiento térmico con sus requisitos mecánicos específicos:
- Si su enfoque principal es la Durabilidad: Asegúrese de que su ciclo incluya un período de homogeneización suficiente para eliminar por completo las tensiones residuales y prevenir fallas prematuras.
- Si su enfoque principal es la Resistencia Mecánica: Priorice ciclos de envejecimiento precisos que maximicen la precipitación de fases de fortalecimiento para superar la dureza de las piezas fundidas.
Dominar el tratamiento térmico post-proceso no es un paso opcional; es el puente entre una forma impresa y un componente funcional de alto rendimiento.
Tabla Resumen:
| Desafío del Postprocesamiento | Solución de Tratamiento Térmico | Beneficio del Material Resultante |
|---|---|---|
| Estrés Residual | Alivio de Estrés Térmico | Previene la distorsión y el agrietamiento de la pieza |
| Fases Laves Dañinas | Tratamiento de Solución | Disuelve fases quebradizas en la matriz |
| Inhomogeneidad Microestructural | Difusión Elemental | Crea una estructura química estable y uniforme |
| Baja Resistencia Mecánica | Precipitación Controlada (Envejecimiento) | Promueve fases de fortalecimiento para una dureza superior |
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Referencias
- Alexey Mazalov, Nikita Schulz. Researching the Properties of Samples Fabricated Using Selective Laser Melting from A High-Temperature Nickel-Based Alloy. DOI: 10.3390/app11041419
Este artículo también se basa en información técnica de Kintek Solution Base de Conocimientos .
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