Polvos de aleaciones metálicas:Tipos,Propiedades,Calidades

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Tabla de contenido

Polvos de aleaciones metálicas son materiales metálicos finamente divididos producidos por atomización y condensación de aleaciones fundidas. Presentan propiedades únicas y se utilizan en diversos sectores en aplicaciones de pulvimetalurgia, fabricación aditiva y pulverización térmica. Esta completa guía abarca todo lo que necesita saber sobre los polvos de aleaciones metálicas.

Polvos de aleaciones metálicas

Los polvos de aleaciones metálicas se fabrican fundiendo una aleación y convirtiendo el metal fundido en finas gotitas mediante atomización con gas o agua. Las gotitas se solidifican rápidamente en partículas de polvo con una morfología esférica o irregular.

Propiedades clave de los polvos de aleaciones metálicas:

  • Alta pureza, homogeneidad y composición consistente
  • Distribución controlada del tamaño de las partículas
  • Partículas esféricas de gran fluidez
  • Química de superficie modificable
  • Capacidad para fabricar piezas de alto rendimiento

Los polvos de aleaciones metálicas ofrecen más flexibilidad de diseño y posibilidades de consolidación de piezas que las aleaciones a granel. Se utilizan en diversas aplicaciones:

Aplicaciones de los polvos de aleaciones metálicas

SolicitudDescripción
PulvimetalurgiaCompactación de polvo en piezas finales
Moldeo por inyección de metalesMezcla de polvo con aglutinante y moldeo por inyección
Fabricación aditivaImpresión 3D de piezas complejas y ligeras
Pulverización térmicaDepósito de revestimientos resistentes al desgaste y la corrosión
SoldaduraMaterial de relleno para unir componentes
ElectrónicaFormación de conductores, resistencias, inductores

Las propiedades únicas de los polvos de aleaciones metálicas los hacen idóneos para aplicaciones especializadas en sectores como el aeroespacial, la automoción, el médico y el energético, entre otros.

polvos de aleaciones metálicas
Aleaciones metálicas en polvo:Tipos,Propiedades,Calidades 3

Tipos de Polvos de aleaciones metálicas

Muchos sistemas de aleación están disponibles comercialmente en forma de polvo. Entre los tipos de aleaciones metálicas en polvo más comunes se incluyen:

Tipos comunes de aleaciones metálicas en polvo

Tipo de aleaciónAleaciones claveAplicaciones
Aleaciones de níquelInconel, Monel, HastelloyAeroespacial, plantas químicas
Aleaciones de cobaltoStellite, HaynesHerramientas de corte, biomedicina
Aceros para herramientasH13, M2, M4Herramientas de corte, moldes
Aceros inoxidables316L, 17-4PH, 420Implantes, ferretería naval
Aleaciones de titanioTi-6Al-4V, Ti-6Al-7NbAeroespacial, médica
Aleaciones de aluminio6061, 7075, 2024Automoción, aeroespacial
Aleaciones de cobreLatón, bronceContactos eléctricos, rodamientos

Las aleaciones de níquel, cobalto y titanio son habituales en aplicaciones de alta temperatura. Los aceros inoxidables resisten la corrosión. Los aceros para herramientas y las aleaciones de cobre proporcionan dureza y resistencia al desgaste. Las aleaciones ligeras de aluminio se utilizan para componentes de peso crítico.

Composición de los polvos de aleaciones metálicas

La composición de los polvos de aleaciones metálicas puede personalizarse para conseguir las propiedades requeridas seleccionando los elementos de aleación adecuados. Algunas composiciones típicas son:

Composiciones típicas de los polvos de aleaciones metálicas

AleaciónElementos clave de aleación
Inconel 718Ni, Cr, Fe, Nb, Mo, Ti, Al
Acero inoxidable 420Fe, Cr, Mn, Si, C
Aluminio 6061Al, Mg, Si, Cu, Cr
Acero para herramientas H13Fe, Cr, Mo, V, Si, Mn
BronceCu, Sn

Pueden añadirse pequeñas cantidades de carbono, nitrógeno, boro y otros elementos para adaptar características específicas como la resistencia, la dureza, la ductilidad, la resistencia a la corrosión o el rendimiento a altas temperaturas.

El control preciso de la composición garantiza un rendimiento constante y repetible de las piezas metálicas fabricadas con polvos de aleación.

Propiedades de los polvos de aleaciones metálicas

Propiedades clave de los polvos de aleaciones metálicas que determinan su rendimiento:

Propiedades de los polvos de aleaciones metálicas

PropiedadValores típicosSignificado
Tamaño de las partículas10 - 150 μmAfecta al flujo, la densidad de empaquetamiento y el acabado superficial
Forma de las partículasEsférica, irregularImpacta la fluidez, la sinterización
Densidad aparente2 - 5 g/ccInfluye en la compactación, la contracción
Densidad del grifo4 - 8 g/ccIndica la eficacia del envasado
Caudal5 - 30 s/50gMedida de la fluidez, afecta al llenado del molde
Contenido en oxígeno100 - 1000 ppmProvoca porosidad y fragilidad
Contenido en carbono<1000 ppmAfecta a las propiedades mecánicas

El control de las características de las partículas, como la distribución del tamaño, la morfología, la densidad y la química, es fundamental para lograr un rendimiento repetible. La fluidez determina la procesabilidad. Un menor contenido de oxígeno y carbono mejora las propiedades mecánicas.

Características de los polvos de aleaciones metálicas

Además de la composición y las propiedades del polvo, ciertas características físicas y microestructurales determinan la calidad y las capacidades de los polvos de aleaciones metálicas:

Características de los polvos de aleaciones metálicas

CaracterísticaDescripciónSignificado
MicroestructuraFases FCC, BCC, HCPResistencia a los impactos, ductilidad, tenacidad
DefectosPorosidad, inclusionesAfectan a las propiedades mecánicas
DurezaGama según la aleaciónResistencia a la deformación
Tensiones residualesDe la solidificación rápidaPuede causar distorsión
Óxido superficialCapa fina de óxidoAfecta a la sinterización, resistencia a la corrosión
MorfologíaEsférico, angular, irregularImpacta en la densidad, la fluidez

Las condiciones únicas de solidificación durante la atomización con gas dan lugar a microestructuras finas y homogéneas. La forma esférica del polvo mejora la densidad de empaquetamiento. Un cuidadoso control de los defectos y de la calidad de la superficie garantiza un rendimiento fiable.

Especificaciones de los polvos de aleaciones metálicas

Los polvos de aleaciones metálicas deben cumplir determinadas especificaciones en cuanto a límites de composición, distribución del tamaño de las partículas, densidad aparente, velocidad de flujo y niveles de impurezas basados en las normas aplicables.

Especificaciones del polvo de aleación metálica

ParámetroEspecificación típicaEstándar
Tamaño de las partículas-100/+325 mallaASTM B214
Densidad aparente≥ 2,5 g/ccASTM B212
Contenido en oxígeno≤ 2000 ppmAMS 4992
Contenido en nitrógeno≤ 150 ppmAMS 4992
Contenido en carbono≤ 750 ppmAMS 4992
Densidad del grifo≥ 4,5 g/ccMPIF 04
Caudal≤ 25 s/50gASTM B213

Las especificaciones de composición, distribución del tamaño de las partículas, velocidad de flujo, densidad y niveles de impurezas garantizan que el polvo cumpla los requisitos de calidad para las aplicaciones previstas.

Gama de tamaños de los polvos de aleaciones metálicas

Los polvos de aleaciones metálicas se clasifican en diferentes rangos de tamaño en función del tamaño de las partículas o granos:

Aleación metálica Gama de tamaños de polvo

TamañosTamaño de partícula
Ultrafino<10 μm
Fino10-25 μm
Medio25-45 μm
Grueso45-150 μm

Los ultrafinos y los nanopolvos presentan una mayor resistencia debido al efecto Hall-Petch, pero pueden resultar difíciles de manipular. Los tamaños fino y medio ofrecen un buen equilibrio de propiedades. Los polvos gruesos son más fluidos.

La gama de tamaños se selecciona en función de los requisitos de la pieza final y de las limitaciones del proceso de fabricación. Los tamaños más pequeños proporcionan una mayor resolución, pero los polvos más gruesos llenan las matrices más rápidamente.

Polvos de aleaciones metálicas

Existen varios tipos de aleaciones metálicas en polvo en función de su composición, distribución granulométrica y método de producción:

Polvos de aleaciones metálicas

GradoDescripciónAplicaciones
EstándarAleaciones comunes, rentablesUso general
Alta purezaPoco oxígeno, nitrógenoAviación, medicina
Grado de vacíoDesgasificadoPorosidad reducida
Gas atomizadoForma esféricaFabricación aditiva
Agua atomizadaForma irregularPrensa tradicional y sinterización

Los grados estándar ofrecen un equilibrio entre propiedades y coste. Los grados de alta pureza minimizan las impurezas para aplicaciones críticas. Los grados de vacío se desgasifican para evitar la porosidad. Los polvos atomizados con gas tienen una morfología superior. Las calidades atomizadas con agua son menos costosas.

Normas mundiales para Polvos de aleaciones metálicas

Principales normas internacionales sobre composición, métodos de ensayo y especificaciones del polvo de aleaciones metálicas:

Normas mundiales para polvos de aleaciones metálicas

EstándarDescripción
ASTMNormas americanas sobre procedimientos de ensayo de polvos
ISONormas internacionales de pulvimetalurgia
DINOrganismo alemán de normalización
JISNormas japonesas
MPIFNormas de la Federación de Industrias de Polvos Metálicos

Estas normas permiten la comparación entre diversos productores de polvo de aleaciones metálicas y garantizan que los polvos cumplen los estrictos requisitos de las distintas industrias de todo el mundo.

Aplicaciones y usos de los polvos de aleaciones metálicas

Los polvos de aleaciones metálicas permiten producir piezas de alto rendimiento mediante técnicas de fabricación avanzadas en todos los sectores:

Aplicaciones de los polvos de aleaciones metálicas

IndustriaSolicitudAleaciones utilizadas
AeroespacialÁlabes de turbina, perfiles aerodinámicosSuperaleaciones, titanio
AutomotorBielas, engranajesAceros para herramientas, aceros inoxidables
MédicoImplantes, instrumentosCromo cobalto, acero inoxidable, titanio
ElectrónicaContactos, conectoresCobre, plata
IndustrialHerramientas de corte, troquelesAceros para herramientas, carburo de wolframio
Petróleo y gasVálvulas, componentes de boca de pozoAceros inoxidables, Inconel

Las aleaciones avanzadas de níquel y titanio producen componentes aeroespaciales fuertes y resistentes a la temperatura. Las piezas de la cadena cinemática del automóvil utilizan aceros de alto rendimiento. El cromo-cobalto y el titanio biocompatibles son populares en dispositivos médicos. Los polvos de aleaciones metálicas permiten fabricar piezas electrónicas pequeñas y complejas. Las herramientas industriales se benefician de los aceros y carburos endurecidos para herramientas. Las aleaciones resistentes a la corrosión son idóneas para los equipos de petróleo y gas.

Proveedores de aleaciones metálicas en polvo

Algunos de los principales proveedores mundiales de diversos tipos de polvo de aleaciones metálicas son:

Principales proveedores de aleaciones metálicas en polvo

CompañíaProductos clave
SandvikAceros inoxidables, aceros para herramientas, aleaciones de níquel
PraxairAleaciones de titanio, níquel y cobalto
CarpinteroAceros para herramientas, aceros inoxidables, aleaciones
HöganäsAceros para herramientas, aceros inoxidables
GKNAleaciones de aluminio y titanio
Tecnología LPWAleaciones de níquel, aceros para herramientas

Estas empresas fabrican polvos utilizando diversas técnicas de atomización y procesos especializados para controlar las características del polvo, como el tamaño, la forma, la densidad y los niveles de óxido de las partículas.

Análisis de costes de los polvos de aleaciones metálicas

Los precios del polvo de aleaciones metálicas dependen de la composición, los niveles de pureza, la distribución granulométrica y la cantidad del pedido:

Precios de aleaciones metálicas en polvo

AleaciónPrecios
Acero inoxidable$3-12 por libra
Acero para herramientas$6-20 por libra
Aleaciones de titanio$50-200 por libra
Aleaciones de níquel$15-80 por libra
Aleaciones de cobalto$50-250 por libra

Los aceros inoxidables y los aceros para herramientas son económicos. Las superaleaciones de titanio y níquel son más caras debido a los precios de las materias primas y a las dificultades de transformación. La disponibilidad limitada aumenta los costes de las aleaciones de cobalto. Las calidades de oxígeno reducido son más caras.

Los pedidos de gran volumen reciben descuentos por volumen. Las cantidades pequeñas y las aleaciones personalizadas cuestan más. En general, la pulvimetalurgia supone un importante ahorro de costes en comparación con las aleaciones a granel, ya que reduce los residuos.

polvos de aleaciones metálicas
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Ventajas e inconvenientes de las aleaciones metálicas en polvo

Ventajas de los polvos de aleaciones metálicas:

  • Mayor flexibilidad de la aleación en comparación con las aleaciones forjadas
  • Capacidad para fabricar piezas complejas con forma de red
  • Buenas tolerancias dimensionales y acabado superficial
  • Reducción al mínimo del desperdicio de material gracias a la elevada proporción de compra por vuelo
  • Menor consumo de energía que la transformación de metales a granel
  • Menor tiempo de fabricación en relación con el mecanizado

Limitaciones de los polvos de aleaciones metálicas:

  • Mayor coste que las aleaciones forjadas en algunos casos
  • Limitación del tamaño máximo de las piezas
  • Necesidad de atmósferas controladas durante la transformación
  • Menor ductilidad y tenacidad frente a las aleaciones a granel
  • Mayor porosidad residual en comparación con las aleaciones fundidas y forjadas
  • El reto de manipular ultrafinos y nanopolvos

A pesar de algunas limitaciones, los polvos de aleaciones metálicas ofrecen claras ventajas sobre las aleaciones a granel para la fabricación de componentes personalizados de alto rendimiento que abarcan diversas industrias.

Perspectivas de futuro Polvos de aleaciones metálicas

El futuro parece prometedor para una mayor adopción de los polvos de aleaciones metálicas:

  • Los avances en fabricación aditiva con aleaciones exóticas ampliarán las aplicaciones
  • Los grados de mayor pureza mejoran las propiedades mecánicas
  • Las distribuciones granulométricas más ajustadas permitirán características más finas
  • Las técnicas de fabricación más baratas, como el chorro de aglutinante metálico, mejorarán la asequibilidad.
  • Aumento de la demanda de los sectores electrónico e industrial más allá del aeroespacial
  • Aleaciones de aluminio y titanio de alta resistencia para aligerar el peso
  • Nuevas composiciones de aleaciones con propiedades eléctricas, magnéticas o térmicas especiales
  • Continuará la consolidación entre los principales proveedores de polvo

Gracias a la ampliación de sus capacidades, la reducción de los costes y las nuevas aleaciones avanzadas, los polvos de aleaciones metálicas están preparados para un sólido crecimiento a largo plazo en múltiples sectores.

Polvos de aleaciones metálicas - Preguntas frecuentes

P: ¿Cuáles son las principales ventajas de utilizar polvos de aleaciones metálicas?

R: Los polvos de aleaciones metálicas ofrecen ventajas como la flexibilidad en las composiciones, la capacidad de fabricar piezas de formas netas complejas, buenas tolerancias dimensionales y acabados superficiales, una elevada relación compra-voladura que se traduce en menos residuos, un menor consumo de energía y un tiempo de fabricación más corto en relación con el mecanizado.

P: ¿Qué industrias utilizan más los polvos de aleaciones metálicas?

R: Los sectores aeroespacial, médico, automovilístico, del petróleo y el gas e industrial son los principales consumidores de polvos de aleaciones metálicas para la fabricación de componentes críticos. La industria electrónica también depende de los polvos metálicos para contactos, conectores y microcomponentes.

P: ¿Cómo se fabrican los polvos de aleaciones metálicas?

R: Los polvos de aleaciones metálicas se producen por atomización de aleaciones fundidas mediante gas o agua. La corriente fundida se rompe en finas gotitas que se solidifican en partículas de polvo con tamaños y morfología controlados.

P: ¿Cuál es la gama de tamaños típica de los polvos de aleaciones metálicas?

R: Los rangos de tamaño habituales son 10-25 micras para polvos finos, 25-45 micras para polvos medios y 45-150 micras para polvos gruesos. En algunos casos también se producen polvos ultrafinos de menos de 10 micras y nanopolvos de menos de 1 micra.

P: ¿Cuál es la aleación metálica en polvo más utilizada?

R: El acero inoxidable es el sistema de aleación más utilizado en pulvimetalurgia debido a su buena resistencia a la corrosión, sus adecuadas propiedades mecánicas y su coste relativamente bajo. El 316L y el 17-4PH son grados populares para muchas aplicaciones.

P: ¿Pueden convertirse en polvo las aleaciones metálicas difíciles de mecanizar?

R: Sí, una de las principales ventajas de los polvos metálicos es la capacidad de producir formas complejas en aleaciones como superaleaciones, aleaciones de titanio y aceros para herramientas que suelen ser muy difíciles de mecanizar.

P: ¿Qué métodos se utilizan para fabricar piezas a partir de polvos de aleaciones metálicas?

R: Las principales técnicas de fabricación son la compactación del polvo en una matriz seguida de la sinterización, el moldeo por inyección de metal y métodos de fabricación aditiva como el chorro de aglutinante, la fusión del lecho de polvo con láser y la fusión por haz de electrones.

P: ¿Cómo se controlan y garantizan las propiedades de los polvos de aleaciones metálicas?

R: Las propiedades se controlan mediante un seguimiento estricto de la composición, la distribución del tamaño de las partículas, la morfología del polvo, la densidad, las características de flujo, la microestructura y los niveles de contaminantes en función de las normas aplicables para cada sistema de aleación y los requisitos de uso final.

P: ¿Pueden reciclarse los polvos de aleaciones metálicas?

R: Sí, el polvo no utilizado puede recuperarse y reutilizarse en muchos casos. Algunos polvos que contienen elementos peligrosos requieren un reciclaje especializado para recuperar los metales de forma segura.

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