Los científicos han desarrollado un nuevo método para crear metales más resistentes para su uso en entornos extremos, como las turbinas de generación de energía. Al utilizar la impresión 3D y la tecnología de neutrones para analizar el metal, descubrieron que el tratamiento térmico puede reducir la tensión dentro del metal, haciéndolo más duradero.
Las aplicaciones extremas, como las turbinas de gas avanzadas utilizadas para generar electricidad, requieren materiales igualmente sofisticados. En este estudio, los científicos investigaron los efectos del estrés de una innovadora "superaleación" compuesta de dos metales de alta resistencia y altas temperaturas. El equipo creó estas aleaciones utilizando tecnología de impresión 3D, que utiliza láseres para darle formas específicas al polvo metálico. Luego utilizaron neutrones para analizar la estructura interna del metal impreso.
Las investigaciones han descubierto que el tratamiento térmico puede aliviar eficazmente el estrés generado durante el proceso de fabricación. Además, el estudio encontró que estas tensiones se ven más afectadas por parámetros de fabricación específicos que por la composición química del metal.
El equipo de investigación utilizó inteligentemente tecnología de impresión 3D basada en láser para crear una aleación a partir de dos metales diferentes (Inconel 718 y Rainey 41) sin grietas. Los experimentos con neutrones han llevado al desarrollo de un método mejorado para evaluar de forma precisa y eficiente los niveles de tensión en los metales durante todo el proceso de fabricación. Los hallazgos ayudarán a producir aleaciones más resistentes y avanzadas que sean más baratas de fabricar. Estas aleaciones son fundamentales para aplicaciones en entornos extremos.
La fabricación aditiva, o impresión 3D, es un nuevo método de fabricar piezas metálicas y otro tipo de materiales capa por capa. El proyecto de investigación, una colaboración entre investigadores de General Electric Company, el Edison Welding Institute y el Oak Ridge National Laboratory (ORNL), imprimió una aleación compuesta de Inconel 718 y Raney 41 en ambos extremos, con un área graduada de composición en el medio. El estudio evaluó la tensión y los cambios de composición en la aleación. Con este fin, los investigadores llevaron a cabo experimentos de neutrones en la Fuente de Neutrones Inflables (SNS) y el Reactor de Isótopos de Alto Flujo (HFIR) en ORNL, ambas instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Los neutrones son ideales para estudiar las tensiones internas de los materiales porque pueden penetrar metales densos.
Utilizando el difractómetro VULCAN de SNS y el generador de imágenes MARS de HFIR, los investigadores midieron la distribución de la tensión residual de la red para comprender cómo cambian la tensión residual y la composición del material durante las diferentes etapas de procesamiento. Los estudios de neutrones han demostrado que las tensiones residuales son causadas principalmente por el proceso de fabricación y pueden aliviarse mediante un tratamiento térmico. Los estudios han descubierto que cuanto mayor sea el tiempo de permanencia del láser o mayor sea la energía, mayor será el estrés. La investigación de neutrones también ha ayudado a la empresa a establecer una forma más eficiente de analizar metales, haciéndolos más útiles para fabricar mejores piezas a menores costos mediante la fabricación aditiva.
Compilado de/SciTechDaily
DOI:10.3389/ftmal.2022.1070562