La Universidad de Sheffield utiliza sólidos

26 de octubre de 2022

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Investigadores del grupo Sheffield Titanium Alloy Research (STAR), parte de la Universidad de Sheffield del Reino Unido, se han asociado con ECKART GmbH, Schluechtern, Alemania, para convertir los polvos de aleación de aluminio sobrantes de la atomización en material laminar en dos pasos de estado sólido para su uso en aplicaciones aeroespaciales. El proyecto combinó la tecnología de sinterización asistida por campo (FAST) con laminación en caliente para convertir los polvos de aleación de aluminio sobrantes de la atomización en material laminar en dos pasos de estado sólido. Eckart proporcionó el polvo de aleación A20X utilizado por los investigadores.

Las técnicas de fabricación aditiva generalmente se promocionan como que reducen el desperdicio de material en comparación con la metalurgia convencional, pero el rango de tamaño de partículas atomizadas a menudo se pasa por alto como un problema. La economía empresarial requiere que se utilicen procesos alternativos para convertir estos polvos excedentes en productos útiles, para garantizar que el mercado AM sea rentable y cumpla con los objetivos de sostenibilidad. Este factor clave informa la base de esta investigación.

La tecnología de sinterización asistida por campo puede proporcionar una ruta alternativa de procesamiento de estado sólido para consolidar estos polvos excedentes en palanquillas para el procesamiento posterior. Esto permite la producción de productos útiles a partir de esta materia prima, al tiempo que mejora la sostenibilidad dentro de la cadena de suministro de fabricación aditiva.

Este proyecto va un paso más allá y combina FAST con laminación en caliente para convertir los polvos de aleación de aluminio sobrantes de la atomización en material laminar en dos pasos de estado sólido. FAST puede consolidar efectivamente el polvo en palanquillas completamente densas, que luego se laminan en caliente en láminas.

A través de pruebas de tracción, los resultados de este proyecto revelaron que el resultado de las propiedades de este proceso era comparable al material convencional que se usa en aplicaciones aeroespaciales.

La investigación preexistente centrada en FAST de polvos metálicos ayudó en el desarrollo de este proyecto. Según se informa, esto impulsó un proyecto estudiantil de último año, diseñado por el Dr. Simon Graham, investigador asociado de MAPP - Future Manufacturing Hub y dirigido por Alicia Patel, estudiante de ingeniería aeroespacial de BEng. Tras la finalización de esta investigación en etapa inicial, el proyecto se ha desarrollado en un esfuerzo dirigido por el Dr. Graham.

La investigación también se basó en trabajos realizados en Sheffield relacionados con el procesamiento de polvos de titanio de gran tamaño para la fabricación aditiva de fusión de lecho de polvo por haz de láser (PBF-LB), donde se identificaron métodos de cruce como relevantes. Al revisar la literatura existente, se cree que solo se ha publicado un artículo que se especializa en aluminio puro laminado en caliente, producido RÁPIDAMENTE. La investigación publicada anteriormente sobre la aleación A20X solo ha considerado AM o material fundido.

Se dice que la investigación ha demostrado que FAST puede consolidar rápidamente polvos de aleación de aluminio, incluido el A20X, con un gran rango de tamaño de partículas en materiales completamente densos. El A20X FAST de 80 mm de diámetro resultante también se laminó en caliente con éxito desde su espesor inicial de 15 mm hasta una lámina de 2 mm, aunque se requiere una optimización posterior para evitar defectos en los bordes dentro de la lámina.

Parte del material A20X fundido convencional, con las mismas dimensiones iniciales, también se laminó en caliente en las mismas condiciones. Las pruebas de tracción mostraron que, antes y después del tratamiento térmico, el material FAST presentaba propiedades similares a las del molde y era comparable a otras láminas de aluminio utilizadas en aplicaciones aeroespaciales.

Estos hallazgos fueron presentados por el Dr. Simon Graham en World PM2022 en un discurso de apertura titulado 'Procesamiento de estado sólido de polvos de aleación de aluminio excedentes a través de una combinación de tecnología de sinterización asistida por campo y laminación en caliente'.

El resultado de este proyecto ha demostrado que existe una ruta de procesamiento viable para convertir los polvos de aleación excedentes en material laminar con buenas propiedades mecánicas. Aunque los impactos positivos a largo plazo no se pueden cuantificar en esta etapa, existen claros impactos económicos. Estos beneficios económicos se relacionan con nuevas fuentes de ingresos para los atomizadores, así como con una posible reducción de costos de los polvos para la fabricación aditiva.

Los siguientes pasos implican completar más pruebas de laminación para optimizar el procesamiento y producir un producto de hoja de mayor calidad. Estas hojas también se pueden ampliar en las fases iniciales, en un intento por producir hojas más grandes como resultado, lo que demuestra aún más las oportunidades de ampliación. También se podría considerar la formación superplástica del material laminar para producir componentes de forma casi neta.

www.sheffield.ac.uk

www.eckart-hidráulica.com

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