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Procesado para la conservación de alimentos

A través de la tecnología de prensado isostático en caliente (Hot Isostatic Pressing, HIP) este caso de éxito analiza cómo se ha mejorado la vida a fatiga de la aleación de Titanio TI-6Al-4V mediante un post-procesado por HIP a 850ºC / 200 MPa y la tecnología de fast-cooling, que puede aplicarse para el sector aeroespacial o biomédico. Mediante este post-procesado HIP se consiguió una buena densificación del material y propiedades a fatiga similares a la del material de referencia.

Reto

Hot Isostatic Pressing (HIP) es una técnica de post-procesado termo-mecánico ampliamente utilizada en piezas de fabricación aditiva para reducir defectos internos, como la porosidad o falta de fusión, las cuales tienen una gran influencia en las propiedades mecánicas y de fatiga del material. En este caso de éxito que hemos realizado conjuntamente con la Universidad de Burgos, se presenta el efecto de un ciclo HIP a una presión de 200 MPa y una temperatura de 850ºC durante 2 horas, sobre el comportamiento a fatiga de una aleación Ti-6Al-4V fabricada por SLM, una de las aleaciones más utilizadas de todas las aleaciones de titanio alfa-beta.

Además, el equipo de HIP desarrollado por Hiperbaric lleva asociado una fase de enfriamiento denominada fast-cooling, mucho más rápida que la obtenida mediante ciclos convencionales de enfriamiento en horno. El presente ciclo de HIP consigue una muy buena densificación del material, reduciendo los efectos de engrosamiento de la microestructura del material, y obteniendo propiedades a fatiga similares a las del material de referencia fabricado por métodos convencionales.

Fig. 1. Fallo típico por fatiga iniciado a partir de un defecto del tipo falta de fusión (Ti-6Al-4V fabricadomediante SLM sin HIP).

Solución

El ciclo convencional de HIP para la aleación de Ti-6Al-4V consiste en un post-tratamiento termo-mecánico a una presión de 100-120 MPa y una temperatura de 900-920ºC durante 2 horas en atmósfera de Argón, seguido de un enfriamiento en la cámara del horno.

Este ciclo está derivado de las tecnologías de HIP disponibles, aunque se ha observado que el tratamiento a temperaturas elevadas conlleva asociado un engrosamiento de la fase alfa de la microestructura de este material, lo cual tiene efectos perjudícales en su comportamiento a fatiga. Eso ha motivado intentar efectuar post-tratamientos a temperaturas más bajas, pero con presiones más elevadas para conseguir una adecuada densificación del material sin generar grandes alteraciones en su microestructura.

El post-tratamiento HIP estudiado en este caso consiste en alcanzar una temperatura de 850ºC (manteniéndose como en el ciclo convencional por encima de la Ms=800ºC y por debajo de la transus=980ºC) y aplicar una presión mas elevada de 200 MPa durante 2 horas. El proceso de enfriamiento se efectúa además mediante una tecnología fast-cooling, con el que se consiguen velocidades de enfriamiento de -138ºC/min para el rango inicial de temperaturas desde los 850°C hasta los 600°C (correspondiente a una situación entre un enfriamiento al aire y un temple en aceite), y posteriormente una velocidad media de enfriamiento de -67ºC/min (similar a un enfriamiento al aire) para el rango de temperaturas inferior desde los 600ºC hasta los 400ºC.

De esta forma se reduce el tiempo al que el material se ve sometido a elevadas temperaturas, minimizando el fenómeno de engrosamiento de su fase alfa, y mejorando las propiedades del material resultante.

Figura 2. Ciclo de HIP desarrollado en el presente caso de estudio en el HIP Innovation Center de Hiperbaric.

Beneficios

Los ensayos de fatiga y los análisis metalográficos han sido efectuados en el Laboratorio de Integridad Estructural de la Universidad de Burgos. Mediante el ciclo de HIP aplicado se ha conseguido una buena densificación del material y un mínimo engrosamiento de la microestructura.

Ninguna de las probetas tratadas por este ciclo de HIP ha iniciado su rotura a partir de un defecto de falta de fusión, lo indica que el tratamiento es efectivo para eliminar dichos defectos. Los resultados de fatiga han sido comparados con los correspondientes a una aleación de referencia de Ti-6Al-4V Grado 23, obteniendo unos valores de la vida en fatiga muy similares. Además, la microestructura conseguida no ha experimentado engrosamiento significativo de la fase alfa, típicamente observada en procesos de HIP a temperaturas más altas y con enfriamientos convencionales en horno.

Figura 3. Resultados de la vida de las tres situaciones estudiadas: SLM, SLM+HIP y material de referencia. Microestructura conseguida para la situación SLM+HIP.

Para más información, no dudes en ponerte en contacto con nosotros y conocer nuestro HIP Innovation Center en Burgos (España). Estaremos encantados de atenderte.

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