{"id":59638,"date":"2024-09-13T14:39:56","date_gmt":"2024-09-13T12:39:56","guid":{"rendered":"https:\/\/www.hiperbaric.com\/titatium-alloy-made-by-binder-jetting-enhanced-with-hip\/"},"modified":"2024-10-28T16:22:59","modified_gmt":"2024-10-28T15:22:59","slug":"propiedades-mecanicas-y-fatiga-aleacion-titanio-binder-jetting-y-hip","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.hiperbaric.com\/es\/propiedades-mecanicas-y-fatiga-aleacion-titanio-binder-jetting-y-hip\/","title":{"rendered":"Propiedades mec\u00e1nicas y de fatiga de una aleaci\u00f3n de Titanio fabricada mediante \u201cBinder Jetting\u201d y sometida a un tratamiento HIP"},"content":{"rendered":"<p>&nbsp;<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"aligncenter wp-image-59226\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Portada-300x164.jpg\" alt=\"\" width=\"500\" height=\"273\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Portada-300x164.jpg 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Portada-315x172.jpg 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Portada.jpg 390w\" sizes=\"(max-width: 500px) 100vw, 500px\" \/><\/p>\n<p><strong>En este estudio, se analizan los beneficios del Prensado Isost\u00e1tico en Caliente (HIP) en una aleaci\u00f3n de Ti-6Al-4V fabricada mediante Binder Jetting. Se hace una comparaci\u00f3n entre el ciclo HIP convencional y un ciclo HIP a mayor presi\u00f3n y menor temperatura (HIP-HPLT). Los resultados muestran como este \u00faltimo produce un incremento significativo en las propiedades, comparadas con las piezas tras el sinterizado y el HIP convencional. Adem\u00e1s, se observa el impacto que tiene el contenido de impurezas, como el ox\u00edgeno, en las propiedades mec\u00e1nicas finales.<\/strong><\/p>\n<p><!--more--><\/p>\n<p><strong>Binder Jetting (BJ) <\/strong>es una tecnolog\u00eda de <a href=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/es\/tecnologia-hip\/tecnicas-de-fabricacion-hip\/fabricacion-aditiva\/\">Fabricaci\u00f3n Aditiva (AM)<\/a> en la cual un agente aglutinante l\u00edquido se deposita de manera selectiva sobre polvo para crear un cuerpo en \u201cverde\u201d 3D, el cual es posteriormente densificado a trav\u00e9s de sinterizaci\u00f3n a alta temperatura. Gracias a la versatilidad y flexibilidad ofrece varias ventajas, entre las que se incluye:<\/p>\n<ul>\n<li>Compatibilidad con una amplia gama de materiales.<\/li>\n<li>Proceso a temperatura ambiente. Evitando tensiones residuales y cambios microestructurales.<\/li>\n<li>Alta tasa de producci\u00f3n y grandes vol\u00famenes de piezas.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Sin embargo, presenta una serie de desventajas comparada con otros procesos de AM, principalmente debido a la <strong>alta porosidad<\/strong> y a la basta microestructura como resultado del proceso de sinterizaci\u00f3n. Las piezas tras la impresi\u00f3n (as-printed) normalmente tienen una densidad relativa baja, entorno al 60%, que posteriormente se incrementa hasta el 95% tras la etapa de sinterizaci\u00f3n. Las propiedades en este punto son aceptables, aunque insuficientes para aplicaciones muy exigentes como aeroespacial, defensa, implantes m\u00e9dicos, energ\u00eda, etc. donde los materiales deben cumplir los requerimientos m\u00e1s altos.<\/p>\n<p>Para este estudio, se ha escogido la aleaci\u00f3n <strong>Ti-6Al-4V (Ti64)<\/strong> ya que es un material muy interesante y uno de los m\u00e1s utilizados en estos sectores, gracias a su baja densidad y elevada rigidez y tenacidad. No obstante, el Ti64 presenta un inconveniente adicional cuando se fabrica mediante BJ. La tinta utilizada para BJ es normalmente un pol\u00edmero soluble en agua (aglutinante) que, tras la impresi\u00f3n, se lleva a cabo un proceso de \u201cde-binding\u201d, previo a la sinterizaci\u00f3n, en donde se elimina casi por completo este aglomerante de base acuosa. Sin embargo, cualquier constituyente residual del aglutinante se descompondr\u00e1 en sus partes m\u00e1s elementales durante el sinterizado. El Carbono (C) y Nitr\u00f3geno (N) son impurezas que pueden reducir las propiedades mec\u00e1nicas del componente, siendo el Ox\u00edgeno (O) la impureza m\u00e1s cr\u00edtica. Un incremento en el contenido de ox\u00edgeno da lugar a una resistencia a tracci\u00f3n mayor, pero reduce significativamente la ductilidad y la vida a fatiga del material.<\/p>\n<p>Dado que la porosidad restante del material tras la sinterizaci\u00f3n es entorno al 5%, para \u201cmejorar\u201d las aplicaciones de BJ, se requiere de tratamientos posteriores. El <a href=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/es\/tecnologia-hip\/que-es-la-tecnologia-hip\/\"><strong>Prensado Isost\u00e1tico en Caliente (HIP)<\/strong><\/a> es uno de los mejores procesos para mejorar el rendimiento de las piezas AM. En este proceso un componente es sometido a una combinaci\u00f3n de elevada presi\u00f3n y temperatura durante un tiempo determinado en un ambiente presurizado de gas inerte con el fin de eliminar la porosidad interna y densificar el material, dando lugar a un incremento de la resistencia a fatiga y cambios microestructurales en aleaciones de Titanio.<\/p>\n<p>En este estudio, se han explorado dos ciclos HIP sobre el material BJ-Ti64:<\/p>\n<ul>\n<li><u>HIP Conventional:<\/u> Rango de temperatura de 900-920 \u00b0C, bajo 100-120 MPa durante un tiempo de entre 2-4 h en atm\u00f3sfera de arg\u00f3n seguido de enfriamiento en horno.<\/li>\n<li><u>HIP a mayor presi\u00f3n, menor temperatura (HIP-HPLT):<\/u> Rango de temperatura entre 820-850\u00b0C, en atmosfera de arg\u00f3n a 200 MPa durante 2h, seguido de enfriamiento r\u00e1pido.<\/li>\n<\/ul>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Microstructura<\/h2>\n<figure id=\"attachment_59208\" aria-describedby=\"caption-attachment-59208\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-59208\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Microstructure-300x242.jpg\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"484\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Microstructure-300x242.jpg 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Microstructure-420x339.jpg 420w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Microstructure-315x254.jpg 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Microstructure.jpg 567w\" sizes=\"(max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-59208\" class=\"wp-caption-text\">Figura 1. Microestructura de las 3 condiciones analizadas: (a) as-sinter; (b) HIP convencional; (c) HIP-HPLT<\/figcaption><\/figure>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Desde un punto de vista microestructural, despu\u00e9s de cualquiera de los dos ciclos HIP, pr\u00e1cticamente todos los vac\u00edos internos fueron eliminados. Sin embargo, algunos vac\u00edos aislados cerca de la superficie no se eliminaron debido a los huecos previos que estaban conectados con la superficie externa de la pieza. Esto se debe a que el poro, al estar conectado con la superficie, no es capaz de cerrar ya que el arg\u00f3n entra dentro.<\/p>\n<figure id=\"attachment_59211\" aria-describedby=\"caption-attachment-59211\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-59211\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2-300x117.png\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"234\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2-300x117.png 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2-630x246.png 630w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2-420x164.png 420w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2-315x123.png 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Micostructure-2.png 732w\" sizes=\"(max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-59211\" class=\"wp-caption-text\">Figura 2. Microestructura de BJ-Ti64 en la superficie: (a) as-sinter; (b) HIP-HPLT. Las zonas oscuras corresponden con cantidades del material polim\u00e9rico (aglutinante).<\/figcaption><\/figure>\n<h2>Ensayo de tracci\u00f3n<\/h2>\n<p>Las propiedades de tracci\u00f3n obtenidas despu\u00e9s de los dos tratamientos HIP, demuestran un valor de resistencia apropiado comparable con el proceso de <em>Powder Bed Fusion <\/em>(PBF) y posterior HIP, pero con una capacidad de deformaci\u00f3n menor. Adem\u00e1s, se observ\u00f3 una ligera mejora del rendimiento en el ciclo HIP a alta presi\u00f3n y baja temperatura.<\/p>\n<figure id=\"attachment_59214\" aria-describedby=\"caption-attachment-59214\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-59214\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Tensile-test-300x216.jpg\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"432\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Tensile-test-300x216.jpg 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Tensile-test-420x302.jpg 420w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Tensile-test-315x227.jpg 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Tensile-test.jpg 463w\" sizes=\"(max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-59214\" class=\"wp-caption-text\">Figura 3. Curvas del ensayo de tracci\u00f3n representativas de BJ para as-sinter, BJ + HIP y BJ + HIP-HPLT de Ti64.<\/figcaption><\/figure>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<figure id=\"attachment_59217\" aria-describedby=\"caption-attachment-59217\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-59217\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Table-1.-Mechanical-properties-300x59.png\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"119\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Table-1.-Mechanical-properties-300x59.png 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Table-1.-Mechanical-properties-420x83.png 420w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Table-1.-Mechanical-properties-315x62.png 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Table-1.-Mechanical-properties.png 567w\" sizes=\"(max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-59217\" class=\"wp-caption-text\">Tabla 1. Propiedades mec\u00e1nicas de Ti64 para diferentes condiciones de BJ y PBF.<\/figcaption><\/figure>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Fatigue<\/h2>\n<p>La resistencia a fatiga mostrada por el BJ-Ti64 es pobre. Aunque se ha observado un incremento tras el tratamiento HIP, el l\u00edmite a fatiga fue mucho menor que el que se obtuvo para la misma ruta fabricado mediante PBF. Estas propiedades a fatiga desfavorables para el material BJ, pueden ser atribuidas debido a la alta porosidad tras el sinterizado, el espesor de las l\u00e1minas de \u03b1 y el contenido en ox\u00edgeno que promueve la formaci\u00f3n de part\u00edculas ricas en ox\u00edgeno, incrementando la concentraci\u00f3n de tensiones locales y, por tanto, reduciendo el desempe\u00f1o a fatiga.<\/p>\n<figure id=\"attachment_59220\" aria-describedby=\"caption-attachment-59220\" style=\"width: 600px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img decoding=\"async\" loading=\"lazy\" class=\"wp-image-59220\" src=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Fatigue-300x214.png\" alt=\"\" width=\"600\" height=\"429\" srcset=\"https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Fatigue-300x214.png 300w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Fatigue-420x300.png 420w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Fatigue-315x225.png 315w, https:\/\/www.hiperbaric.com\/wp-content\/uploads\/2024\/09\/Fatigue.png 567w\" sizes=\"(max-width: 600px) 100vw, 600px\" \/><figcaption id=\"caption-attachment-59220\" class=\"wp-caption-text\">Figura 4. <span style=\"color: var(--vamtam-primary-font-color);\">Resultados de los ensayos a fatiga para las diferentes condiciones analizadas, junto con el comportamiento del material base y de la misma aleaci\u00f3n fabricada por PBF.<\/span><\/figcaption><\/figure>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<h2>Conclusiones<\/h2>\n<ul>\n<li>El rendimiento a tracci\u00f3n y fatiga de la condici\u00f3n \u201cas-sinter\u201d fue significativamente pobre, debido a la elevada porosidad residual tras el sinterizado y el ox\u00edgeno residual del aglutinante.<\/li>\n<li>Tras el tratamiento HIP, la resistencia a tracci\u00f3n mejora a niveles comparables con Ti64 producido por PBF. Sin embargo, la capacidad de deformaci\u00f3n permanece limitada debido al contenido en ox\u00edgeno.<\/li>\n<li>La vida a fatiga tambi\u00e9n mejor\u00f3 en comparaci\u00f3n con la condici\u00f3n \u201cas-sinter\u201d, aunque sigue siendo inferior a la observada en PBF sometido al mismo tratamiento HIP.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Podemos concluir que, para utilizar Ti-6Al-4V fabricado mediante Binder Jetting en componentes destinados a condiciones de cargas altas, el tratamiento posterior HIP es esencial para densificar el material y mejorar las propiedades, pero adem\u00e1s es necesario desarrollar procesos de Binder Jetting o ligantes alternativos para limitar el contenido de ox\u00edgeno tras el \u201cde-binding\u201d. Puedes encontrar el <a href=\"https:\/\/www.mdpi.com\/1996-1944\/17\/15\/3825\">art\u00edculo cient\u00edfico al concreto en ingl\u00e9s aqu\u00ed<\/a>.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>&nbsp; En este estudio, se analizan los beneficios del Prensado Isost\u00e1tico en Caliente (HIP) en una aleaci\u00f3n de Ti-6Al-4V fabricada mediante Binder Jetting. Se hace una comparaci\u00f3n entre el ciclo HIP convencional y un ciclo HIP a mayor presi\u00f3n y menor temperatura (HIP-HPLT). 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