18Ni300 Aleación Polvo Acero Inoxidable Níquel

Introducción

Hoy, me gustaría presentarles el polvo de aleación 18Ni300, pero antes de nada, me gustaría hacer hincapié en que no se confundan por la palabra "níquel" en su nombre. No es un tipo de acero inoxidable, sino un tipo de acero martensítico envejecido con un excelente rendimiento en el campo de la fabricación de precisión. A continuación, les llevaré a comprender todos los misterios del polvo de aleación 18Ni300 desde la perspectiva de un científico de materiales.

Composición y microestructura del polvo de aleación 18Ni300

En mi opinión, para entender el material, primero hay que empezar por su "gen"-composición química y microestructura. Es como diseccionar una máquina compleja. Sólo descifrando cada pieza y cómo se ensamblan podemos entender realmente cómo funciona.

Composición química

La razón por la que el 18Ni300 puede alcanzar una resistencia y tenacidad tan elevadas se debe a su composición química precisa y compleja. Es la 1 aleación típica a base de hierro en la que:

• Níquel (Ni): El contenido es de hasta aproximadamente 18%, que es el elemento central para la formación de la fase de martensita de bajo contenido en carbono y una parte importante de la fase de precipitación en el proceso de refuerzo de envejecimiento tardío.
• Cobalto (Co): Aproximadamente 9% El cobalto ayuda a reducir la cantidad residual de austenita después del temple y favorece la formación de martensita. Al mismo tiempo, también puede mejorar la resistencia y la tenacidad del material, y también tiene un efecto positivo en la mejora del efecto de endurecimiento por envejecimiento.
• Molibdeno (Mo): Alrededor del 5%, el molibdeno es un importante elemento de refuerzo de la solución sólida, que puede formar una solución sólida sustitutiva con el hierro y obstaculizar el movimiento de dislocación. Y lo que es más importante, el molibdeno también es un elemento clave en la precipitación de fases de refuerzo (como Ni3Mo) durante el proceso de envejecimiento.
• Titanio (Ti): Alrededor de 0,6% El titanio, aunque no tiene un alto contenido, es un elemento reforzante decisivo por precipitación de pequeñas partículas. Forma la fase precipitada Ni3Ti con el níquel, que es uno de los principales factores que contribuyen a la resistencia ultraelevada de 18Ni300.
• Aluminio (Al): suele contener una pequeña cantidad de aluminio (alrededor de 0,1%), como desoxidante y refinador del grano, para mejorar el tejido fundido y el efecto posterior del tratamiento térmico.
• Carbono (C): El contenido de carbono es muy bajo, normalmente inferior a 0,03%. El bajo contenido de carbono es una de las principales características del acero martensítico envejecido 18Ni300, que hace que la martensita formada tenga mayor tenacidad y evita la fragilidad de la martensita tradicional con alto contenido de carbono.

Transformación austenita-martensita

Tras el tratamiento de disolución, el material formará una estructura austenítica. Sin embargo, en el proceso de temple posterior, la austenita se transforma casi por completo en martensita de bajo contenido en carbono. Esta martensita es diferente de la martensita del acero templado tradicional, tiene un contenido de carbono muy bajo, por lo que tiene una mayor tenacidad. En mi opinión, es esta matriz de martensita única la que sienta una base sólida para el posterior fortalecimiento por envejecimiento.

Mecanismo de mejora de la extracción

Sabemos que el encanto del acero martensítico envejecido 18Ni300 se refleja en gran medida en el eslabón clave de su tratamiento de envejecimiento. Normalmente, lo mantendremos durante varias horas en la ventana de temperatura de 480-520°C.

Bajo esta condición de buen fraguado, esos diminutos compuestos intermetálicos, principalmente Ti nielevado y Mo nielevado, se precipitarán uniformemente de la matriz de martensita de bajo contenido en carbono.

La formación de estos precipitados no se amontona sin más, sino que se combinan hábilmente con la matriz de forma común o semicomún, lo que mejora enormemente el límite elástico y la resistencia a la tracción del material.

Permítanme hablar específicamente de estas dos fases principales de refuerzo:

fase Ni₃Ti: Por lo general, observaremos que se precipitan con una pequeña forma esférica o elipsoidal, y el tamaño se controla a menudo entre 5-20 nanómetros. Su efecto de fijación sobre el movimiento de dislocación es muy fuerte y es el factor central que contribuye a la sorprendente resistencia del material.

fase Ni₃Mo: También precipitarán de manera similar, pero pueden tener una morfología más parecida a un plato o a un huso, y su tamaño puede ser ligeramente mayor. El aumento de Ni₃Mo no sólo puede proporcionar un efecto de refuerzo significativo, sino que también, desde el punto de vista de la estabilidad del tejido, desempeña un papel importante en la estabilización del tejido matriz, evitando la aparición de transformaciones de fase no deseadas.

El tipo de estos precipitados a nanoescala, su tamaño específico, su morfología y la uniformidad de su distribución en la matriz, todos estos detalles determinan directamente el rendimiento mecánico final del 18Ni300.

Morfología y propiedades del polvo

Para la fabricación aditiva, la calidad del propio polvo es crucial. El polvo de la aleación 18Ni300 suele prepararse mediante técnicas de atomización con gas o plasma, lo que garantiza que las partículas de polvo tengan una buena esfericidad, una baja proporción de huecos y una alta fluidez. La morfología ideal del polvo y la distribución del tamaño de las partículas afectan directamente a la uniformidad y densidad de la dispersión del polvo durante el proceso de impresión, determinando así el rendimiento de la pieza final.

Propiedades físicas de la aleación 18Ni300 en polvo

Además de la microestructura, las propiedades físicas macroscópicas también son factores que nuestros ingenieros deben tener en cuenta a la hora de seleccionar los materiales.

Densidad

La densidad de la aleación 18Ni300 suele oscilar entre 8,0 g/cm³ y 8,2 g/cm³. Esta densidad es moderada para un acero de alta resistencia y, en comparación con algunas aleaciones de ultra alta resistencia (como las aleaciones de tungsteno), no impone una carga de peso excesiva a la estructura. En el campo aeroespacial, cada gramo de peso es crucial; por eso, esta densidad moderada, combinada con su excelente resistencia, lo convierte en el material preferido para diseños ligeros.

Intervalo del punto de fusión

Su punto de fusión oscila entre 1410°C y 1425°C aproximadamente. Este punto de fusión relativamente alto garantiza que el material mantenga una buena integridad estructural y propiedades mecánicas en entornos de alta temperatura, como los componentes de motores. Al mismo tiempo, para los procesos de fabricación aditiva, conocer el intervalo preciso del punto de fusión ayuda a los ingenieros a establecer los mejores parámetros del proceso, como la potencia del láser y la velocidad de escaneado, para garantizar que el polvo se funda por completo y forme una capa impresa densa.

Conductividad térmica

La conductividad térmica de la aleación 18Ni300 es relativamente baja, de unos 20-25W/(m - K). Este valor es inferior al de los materiales de alta conductividad térmica, como el cobre puro o el aluminio puro, pero es similar al de muchos aceros de alta resistencia. En algunas aplicaciones, una menor conductividad térmica puede significar que es necesario considerar un diseño eficaz de disipación de calor para evitar el sobrecalentamiento local. Sin embargo, en otras aplicaciones, como los componentes que requieren aislamiento local, o cuando funcionan bajo gradientes de temperatura elevados, esta menor conductividad térmica puede ser, por el contrario, una ventaja.

Amplia aplicación de la aleación 18Ni300 en polvo

Su combinación única de propiedades -muy alta resistencia, excelente tenacidad, buen comportamiento a la fatiga y estabilidad dimensional- le confiere un papel insustituible en muchos ámbitos clave.

Aeroespacial

En el campo aeroespacial, cada mejora del rendimiento supone un gran progreso. El peso es el eterno enemigo del diseño aeronáutico, mientras que la resistencia es la tabla de salvación para garantizar la seguridad del vuelo. Con su altísima relación resistencia-peso y su excelente tenacidad, el 18Ni300 se ha convertido en un material ideal para fabricar componentes clave como piezas estructurales de aviones, piezas de trenes de aterrizaje, piezas de precisión de satélites, toberas de motores de cohetes y álabes de turbinas.

Gracias a la tecnología de fabricación aditiva, podemos utilizar el polvo 18Ni300 para producir piezas ligeras con una estructura interna compleja y un diseño de optimización topológica, que no sólo pueden reducir significativamente el peso, sino también realizar la integración funcional y el rendimiento de las piezas sin sacrificar el rendimiento.

Fabricación de moldes de precisión

Para los moldes de precisión, especialmente los moldes de fundición a presión, moldes de inyección o moldes de trabajo en caliente más exigentes, el material no sólo debe tener una gran dureza, una alta resistencia para resistir el desgaste y la deformación, sino también una buena tenacidad para evitar el agrietamiento prematuro, y un excelente pulido para cumplir los requisitos de calidad de la superficie. Tras un tratamiento térmico de envejecimiento adecuado, la aleación 18Ni300 puede alcanzar la dureza ultra alta superior a HRC 50, y su matriz de martensita le confiere una excelente tenacidad integral.

Por lo tanto, el polvo de aleación 18Ni300 destaca en la fabricación de moldes de larga duración y alta precisión que pueden soportar entornos de trabajo difíciles. Su excelente rendimiento puede prolongar considerablemente la vida útil del molde, reducir los costes de producción y mejorar la calidad del producto.

Productos sanitarios

En el campo de los dispositivos médicos, especialmente las herramientas quirúrgicas, determinados dispositivos de fijación ortopédica y componentes médicos personalizados, existen requisitos extremadamente exigentes en cuanto a la resistencia, tenacidad, resistencia a la corrosión y esterilización de los materiales. Aunque la aleación 18Ni300 no es un biomaterial apto para implantes en el sentido tradicional, su resistencia ultraelevada y su buen comportamiento a la fatiga hacen que muestre un gran potencial en la fabricación de dispositivos médicos no implantables que soportan grandes esfuerzos y requieren una gran fiabilidad.

Por ejemplo, en algunas guías quirúrgicas personalizadas complejas, mangos de instrumentos o componentes de herramientas quirúrgicas asistidas por robot, el 18Ni300 puede ofrecer un rendimiento incomparable con los materiales tradicionales. Creo que con el desarrollo de la tecnología de revestimiento biocompatible, su aplicación en el campo médico más amplio es prometedora.

Conclusión, reafirmando el papel clave del polvo de aleación 18Ni300 en la fabricación de alto rendimiento.

18Ni300 es más que un material 1, es más bien una llave que abre innumerables posibilidades en el campo de la fabricación de alto rendimiento. Su perfecta combinación con la tecnología de fabricación aditiva nos está conduciendo a una nueva era de piezas más ligeras, resistentes y complejas. Creo que en el futuro, el polvo de aleación 18Ni300 seguirá brillando en el campo de la alta tecnología, y promoverá el diseño de ingeniería y el nivel de fabricación a una nueva altura.