Análisis y caracterización de piezas obtenidas con aleaciones de cobalto y níquel mediante técnicas de fabricación aditiva

Abstract

[ES] La fabricación aditiva es una técnica de procesado de materiales relativamente nueva que se está consolidando como método para la obtención de piezas de alto valor añadido, que encuentran su principal valedor en el procesado de metales en las superaleaciones, materiales de altas prestaciones usados para aplicaciones muy específicas en la industria. En base a estos antecedentes, resulta de gran importancia conocer qué efectos tiene el procesado de superaleaciones mediante técnicas de fabricación aditiva, y en particular, el efecto de la Sinterización directa de metal por Láser sobre las superaleaciones “Cobalto Cromo MP1” e “Inconel 718”, comparando estos efectos con los que producen las técnicas convencionales de fabricación de estos materiales. Dicha comparación representa el objeto del presente Trabajo Final de Grado. Para ello, se ha realizado una caracterización microestructural basada en primer lugar de una difracción de rayos X para la identificación de fases presentes en las superaleaciones objeto de estudio. A continuación, se ha realizado la microscopía electrónica de barrido para la corroboración de los resultados obtenidos en el espectro de difracción de rayos X, mediante la obtención de imágenes visuales y estudios composicionales de determinadas áreas de los materiales. Posteriormente, se ha realizado una caracterización mecánica en la que primero se ha identificado la resistencia a la deformación que ofrece el material de forma localizada en forma de ensayo de microdureza, seguido de un ensayo de dureza para caracterizar el comportamiento ante la deformación en su conjunto. Para acabar, se analizó el comportamiento que presenta el material cuando es sometido a flexión, mediante el ensayo de flexión en voladizo. Finalmente, se han correlacionado los resultados obtenidos con los de otros estudios acerca de las mismas, o muy parecidas, superaleaciones procesadas tanto por métodos de fabricación aditiva, como por los convencionales, para la validación de este procesado en una empresa interesada en sustituir la compra del material al proveedor por la fabricación propia de superaleaciones por fabricación aditiva.

[CA] La fabricació additiva és una tècnica de processat de materials relativament nova que s’està consolidant com a mètode per a l’obtenció de peces d’alt valor afegit, que troben el seu principal valedor en el processat de metalls en els superaliatges, materials d’altes prestacions utilitzats per a aplicacions molt específiques a l’indústria. Basant-se en aquestos antecedents, resulta de gran importància conèixer quins efectes té el processat de superaliatges per mitjà de tècniques de fabricació additiva, i en particular, l’efecte de la Sinterització Directa de Metall per Làser sobre els superaliatges “Cobalt Crom MP1” e “Inconel 718”, comparant estos efectes amb els que produïxen les tècniques convencionals de fabricació d’estos materials. Aquesta comparació representa l’objectiu del present Treball Final de Grau. Per aquesta raó, s’ha realitzat una caracterització microestructural basada en primer lloc en una difracció de rajos X per a la identificació de fases presents en les superaliatges objecte d’estudi. A cotinuaciò s’ha realitzat la microscòpia electrònica d’agranat per a la corroboració del resultats obtinguts en l’espectre de difracció de rajos X, per mitjà de l’obtenció d’imatges visuals i estudis composicionals de determinades àrees dels materials. Posteriorment, s’ha realitzat una caracterització mecànica en la que en primer lloc s’ha identificat la resistència que ofereix el material de forma localitzada en forma d’assaig de microduresa, seguit d’un assaig de duresa per a caracteritzar el comportament davant de la deformació en el seu conjunt. Per acabar s’ha analitzat el comportament que presenta el material quan és sotmès a flexió, per mitjà de l’assaig de flexió en volada. Finalment, s’han correlacionat els resultats obtinguts amb els d’altres estudis sobre els mateixos, o molt pareguts, superaliatges processats tant per mètodes de fabricació aditiva, com pels convencionals, per a la validació d’aquest processat en una empresa interessada en substituir la compra del material al proveïdor per la fabricació pròpia de superaliatges per fabricació aditiva.

[EN] Additive manufacturing is a relatively new material processing technique that is being consolidated as a method for obtaining pieces of high added value, which find its main support in the processing of metals in superalloys, high-performance materials used for very specific applications in the industry. Based on this background, it is very important to know the effects of the processing of superalloys by additive manufacturing techniques, and in particular, the effect of Direct Metal Laser Sintering on the superalloys "Cobalt Chrome MP1" and "Inconel 718 ", comparing these effects with those produced by conventional manufacturing techniques for these materials. This comparison represents the purpose of this Final Degree Project. For this reason, a microstructural characterization was carried out, based on the first place of an X-ray diffraction to identify the phases that appear in the superalloys under study. And then, the scanning electron microscopy has been carried out afterwards to corroborate the results obtained in the X-ray diffraction spectrum, by obtaining visual images and compositional studies of certain areas of the materials. After that, a mechanical characterization was carried out, in which the material’s resistance to deformation in a localized form was first identifiedvía microhardness test, followed by a hardness test to characterize the deformation behavior in its set.Lastly, the behavior of the material when subjected to bendingwas analyzed through the cantilever bending test. Finally, the results obtained were correlated with those of other studies about the same or resembling superalloys, processed both by additive manufacturing and for conventional methods, for the validation of this process for a company interested in replacing the purchase from the material to the supplier by the own manufacture of superalloys by additive manufacturing.