PREP Polvo de aleación de titanio refractario
Visión general del polvo de aleación de titanio refractario PREP La aleación PREP (Proceso de Electrodo Rotatorio de Plasma) es un polvo de aleación de titanio refractario de alto rendimiento diseñado para la fabricación aditiva de componentes que necesitan excelentes propiedades mecánicas a temperaturas extremas. Este artículo ofrece una guía completa sobre el polvo de aleación de titanio PREP que abarca la composición, las propiedades, los parámetros de impresión, las aplicaciones, las especificaciones, los proveedores, la manipulación, la inspección, las comparaciones,...
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Descripción general del polvo de aleación de titanio refractario PREP
La aleación PREP (Plasma Rotating Electrode Process) es un polvo de aleación de titanio refractario de alto rendimiento diseñado para la fabricación aditiva de componentes que requieren excelentes propiedades mecánicas a temperaturas extremas.
Este artículo ofrece una guía completa sobre el polvo de aleación de titanio PREP que abarca composición, propiedades, parámetros de impresión, aplicaciones, especificaciones, proveedores, manipulación, inspección, comparaciones, ventajas e inconvenientes y preguntas frecuentes. La información cuantitativa se presenta en tablas de fácil consulta.
Composición del polvo de aleación de titanio PREP
La aleación PREP tiene una composición compleja que contiene varios elementos solutos:
| Elemento | Porcentaje de peso | Propósito |
|---|---|---|
| Titanio | Equilibrio | Elemento principal de la matriz |
| Aluminio | 5 – 7 | Reforzador de solución sólida |
| Estaño | 1 – 3 | Reforzador de solución sólida |
| Circonio | 0.5 – 2 | Control de la estructura del grano |
| Molibdeno | 1 – 3 | Reforzador de solución sólida |
| Silicio | 0.5 – 1.5 | Resistencia a la oxidación |
| Niobio | 1 – 3 | Formador de carburo |
| Tántalo | 1 – 3 | Formador de carburo |
También se añaden trazas de boro y carbono para reforzar los límites de grano.
Propiedades del polvo de aleación de titanio PREP
La aleación PREP presenta una combinación excepcional de propiedades:
| Propiedad | Descripción |
|---|---|
| Alta resistencia | Excelente resistencia a la tracción y a la fluencia hasta 700¡"C |
| Resistencia a la fatiga | Alta resistencia a la fatiga a temperaturas elevadas |
| Tenacidad a la fractura | Hasta 100 MPa-©|m |
| Resistencia a la oxidación | Forma escamas protectoras de óxido |
| Estabilidad térmica | Estabilidad microestructural tras exposiciones prolongadas |
| Tolerancia al daño | Resistente al crecimiento de grietas |
| Biocompatibilidad | No tóxico y no alergénico |
Sus propiedades permiten fabricar componentes ligeros para aplicaciones exigentes.
Parámetros de impresión AM para polvo de aleación de titanio PREP
Los parámetros típicos del proceso de AM incluyen:
| Parámetro | Valor Típico | Propósito |
|---|---|---|
| Altura de la capa | 30-50 Ã×m | Resolución frente a velocidad de construcción |
| Potencia del láser | 150-500 W | Fundición suficiente sin evaporación |
| Velocidad de exploración | 750-1500 mm/s | Densidad frente a tasa de producción |
| Distancia entre escotillas | 80-120 Ã×m | Propiedades mecánicas |
| Prensado isostático en caliente | 900¡"C, 100 MPa, 3 h | Eliminar vacíos internos |
Parámetros optimizados para la densidad, la microestructura, la velocidad de fabricación y los requisitos de postprocesamiento.
Aplicaciones de las piezas de titanio PREP impresas en 3D
Los componentes de aleación PREP sirven para aplicaciones críticas como:
| Industria | Componentes |
|---|---|
| Aeroespacial | Álabes de turbina, piezas de compresor, soportes |
| Automovilístico | Bielas, válvulas, ruedas del turbocompresor |
| Médico | Implantes ortopédicos, herramientas quirúrgicas |
| Químico | Bombas, válvulas, recipientes de reacción |
| Generación de potencia | Componentes del recorrido del gas caliente |
Las ventajas sobre los equivalentes forjados incluyen geometrías complejas y desarrollo acelerado.
Especificaciones del polvo de titanio PREP para AM
El polvo de aleación PREP debe cumplir unas especificaciones estrictas:
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Rango de tamaño de partícula | 15-45 Ã×m típico |
| Forma de las partículas | Morfología esférica |
| Densidad aparente | >2,5 g/cc |
| Densidad de golpecito | >4,5 g/cc |
| Caudal de pasillo | >35 segundos para 50 g |
| Pureza | >99,95% |
| Contenido de Oxígeno | <1000 ppm |
Distribuciones de tamaño personalizadas y niveles de oxígeno controlados disponibles.
Proveedores de aleación de titanio en polvo PREP
El polvo de aleación PREP es suministrado por:
| Proveedor | Ubicación |
|---|---|
| Praxair | EE. UU. |
| AP&C | Canadá |
| Tekna | Canadá |
| Metálisis | Reino Unido |
| Tecnología LPW | Reino Unido |
| EOS | Alemania |
Los precios oscilan entre $250/kg y $450/kg en función de la calidad, la distribución por tamaños y el volumen del pedido.
Manipulación y almacenamiento del polvo de titanio PREP
Al tratarse de un material reactivo, es esencial manipular con cuidado el polvo de aleación PREP:
- Almacenar los envases sellados bajo gas inerte como el argón.
- Evitar la exposición al aire y a la humedad durante la manipulación
- Utilice equipos con toma de tierra adecuada
- Evitar la acumulación de polvo para minimizar el riesgo de explosión
- Se recomienda ventilación local
- Utilizar EPI adecuados y evitar la inhalación
Las técnicas y controles adecuados evitan la oxidación del polvo.
Inspección y pruebas del polvo de titanio PREP
Los lotes de polvo de aleación PREP se validan utilizando:
| Método | Parámetros probados |
|---|---|
| Análisis granulométrico | Distribución de granulometría |
| Imágenes SEM | Morfología de las partículas |
| EDX | Química/composición |
| DRX | Fases presentes |
| Picnometría | Densidad |
| Caudal de pasillo | Capacidad de flujo del polvo |
Las pruebas realizadas según las normas ASTM garantizan la uniformidad entre lotes.
Comparación de la aleación PREP con polvos de titanio alternativos
La aleación PREP se compara con otros materiales de titanio como:
| Aleación | Fuerza | Resistencia a la oxidación | Coste | Imprimibilidad |
|---|---|---|---|---|
| PREP | Excelente | Excelente | Alto | Bien |
| Ti64 | Bien | Bien | Medio | Justa |
| Ti6242 | Excelente | Bien | Alto | Justa |
| CP-Ti | Bajo | Excelente | Bajo | Excelente |
El PREP ofrece las mejores propiedades generales, pero a un coste más elevado que las aleaciones de trabajo como el Ti64.
Ventajas e inconvenientes del polvo de titanio PREP para AM
| Puntos a favor | Contras |
|---|---|
| Excelente resistencia a altas temperaturas | Caro en comparación con Ti64 y CP-Ti |
| Excelente resistencia a la fatiga termomecánica | Mayor densidad que otras aleaciones de titanio |
| Posibilidad de geometrías complejas | Manipulación obligatoria en atmósfera controlada |
| Menor anisotropía que Ti64 y CP-Ti | Tratamiento muy sensible a la técnica |
| Correspondencia de las propiedades con las formas forjadas PREP | Proveedores y variantes de aleación limitados |
PREP permite una fabricación aditiva de rendimiento excepcional, pero exige un control muy riguroso de las condiciones del proceso.
Preguntas frecuentes sobre el polvo de aleación de titanio PREP
P: ¿Para qué se utiliza la aleación de titanio PREP en AM?
R: La aleación PREP se utiliza para imprimir en 3D componentes ligeros aeroespaciales y de automoción que necesitan propiedades mecánicas extremadamente altas a temperaturas de hasta 700¡"C.
P: ¿Qué tamaño de partícula se recomienda para imprimir la aleación de titanio PREP?
R: Una gama de tamaños de polvo de 15-45 micras proporciona un buen equilibrio entre fluidez, alta resolución y piezas impresas densas.
P: ¿Requiere el titanio PREP prensado isostático en caliente después de la AM?
R: El HIP se recomienda para eliminar los huecos internos, maximizar la resistencia a la fatiga y alcanzar la densidad total. Puede no ser obligatorio para aplicaciones no críticas.
P: ¿Qué material tiene las propiedades más parecidas a la aleación de titanio PREP?
R: El Ti-6Al-4V tiene una densidad comparable y una buena resistencia a altas temperaturas, pero una menor resistencia a la oxidación en comparación con las aleaciones PREP.
P: ¿Qué ventajas ofrece la aleación PREP sobre la Ti-6Al-4V en AM?
R: Las principales ventajas son una mayor resistencia a la tracción y a la fatiga hasta 700¡"C, junto con una resistencia significativamente mayor a la fluencia y a la fatiga termomecánica.
P: ¿Qué precisión puede obtenerse con las piezas impresas de titanio PREP?
R: Tras el procesamiento posterior, los componentes PREP impresos pueden alcanzar tolerancias dimensionales y acabados superficiales comparables a las piezas de titanio mecanizadas mediante CNC.
P: ¿Qué defectos pueden producirse al imprimir la aleación de titanio PREP?
R: Los defectos potenciales son el agrietamiento, la distorsión, la porosidad, la fusión incompleta y la rugosidad de la superficie. La mayoría pueden minimizarse optimizando los parámetros.
P: ¿Pueden retirarse fácilmente las estructuras de soporte de las piezas PREP de titanio AM?
R: Los soportes mínimos diseñados adecuadamente son fácilmente desmontables después de la impresión debido a las excelentes propiedades mecánicas de las aleaciones PREP.
P: ¿Qué tipo de tratamiento posterior se suele realizar en los componentes de titanio PREP?
R: El prensado isostático en caliente, el tratamiento térmico, el mecanizado por flujo abrasivo, el mecanizado CNC y el electropulido son postprocesos de uso común.
P: ¿Cuál es la principal diferencia entre Ti-6Al-4V Grado 5 y Grado 23?
R: El grado 5 tiene un mayor contenido de oxígeno para mejorar la fluidez del polvo, mientras que el grado 23 tiene un menor contenido de oxígeno para una mayor tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga.
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