{"id":8388,"date":"2024-10-18T14:00:23","date_gmt":"2024-10-18T06:00:23","guid":{"rendered":"https:\/\/am-material.com\/?p=8388"},"modified":"2024-10-18T14:08:23","modified_gmt":"2024-10-18T06:08:23","slug":"effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/am-material.com\/es\/news\/effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr\/","title":{"rendered":"Efecto del tratamiento t\u00e9rmico sobre la microestructura y las propiedades mec\u00e1nicas de LPBF CuCrZr"},"content":{"rendered":"
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Aleaci\u00f3n CuCrZr (C18150) <\/strong>es una aleaci\u00f3n endurecida por precipitaci\u00f3n conocida por sus elevadas propiedades mec\u00e1nicas, t\u00e9rmicas y el\u00e9ctricas. La aleaci\u00f3n se utiliza ampliamente en dispositivos de intercambio de calor y en el campo de la fusi\u00f3n nuclear.<\/p>

\u00a0<\/p>

Aleaci\u00f3n CuCrZr<\/strong> es una aleaci\u00f3n muy atractiva que puede sustituir al cobre puro en muchas aplicaciones, con Cr en el rango de 0,5 wt% a 1,2 wt%, Zr en el rango de 0,03 wt% a 0,3 wt%. Y es m\u00e1s f\u00e1cil de fabricar, en comparaci\u00f3n con el cobre puro, mediante la tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n aditiva basada en l\u00e1ser, que tiene propiedades mec\u00e1nicas superiores y garantiza una conductividad t\u00e9rmica suficientemente alta que se considera una alternativa eficaz al cobre puro en muchas aplicaciones.<\/p>

\u00a0<\/p>

Para forjado Aleaci\u00f3n CuCrZr<\/strong>los principales tratamientos t\u00e9rmicos que pueden realizarse son el recocido en soluci\u00f3n y el endurecimiento por envejecimiento, mientras que el recocido en soluci\u00f3n puede omitirse en el caso de las aleaciones CuCrZr LPBF.<\/p>

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Recocido en soluci\u00f3n<\/strong>: Este tratamiento se lleva a cabo calentando el material en una atm\u00f3sfera protectora inerte (normalmente Ar) por encima de 900\u00b0C durante 30 minutos o varias horas. A continuaci\u00f3n, el material se enfr\u00eda r\u00e1pidamente en agua o aire para sobresaturar la matriz de cobre con Cr y Zr. En el caso de las piezas LPBF, este tratamiento ya se ha completado durante el proceso LPBF porque el ba\u00f1o de fusi\u00f3n se enfr\u00eda lo suficientemente r\u00e1pido como para actuar como un enfriamiento r\u00e1pido y producir una microestructura sobresaturada. Las piezas recocidas por disoluci\u00f3n son muy blandas y sus propiedades mec\u00e1nicas son demasiado d\u00e9biles, por lo que no pueden considerarse un tratamiento t\u00e9rmico independiente.<\/p>

Endurecimiento por envejecimiento<\/strong>: Normalmente, este tratamiento sigue al recocido en soluci\u00f3n y se lleva a cabo a temperaturas m\u00e1s bajas durante un periodo de tiempo m\u00e1s largo (normalmente de 400\u00b0C a 600\u00b0C, hasta 6 horas en un entorno inerte (Ar, vac\u00edo, N2 y a veces tambi\u00e9n en atm\u00f3sfera de H2). Este tratamiento est\u00e1 dise\u00f1ado para permitir la precipitaci\u00f3n controlada de fases intermet\u00e1licas duras en materiales sobresaturados para producir compuestos binarios o ternarios de Cu, Cr y Zr.<\/p>

\u00a0<\/p>

En este trabajo, s\u00f3lo endurecimiento<\/strong> se estudia con la temperatura fijada en 550 \u00b0 C, se comprobaron tres duraciones diferentes. El objetivo era comprender c\u00f3mo afecta la duraci\u00f3n del tratamiento t\u00e9rmico al material y si el tratamiento de endurecimiento por envejecimiento es aplicable para cumplir los requisitos mec\u00e1nicos del CuCrZr utilizando la fabricaci\u00f3n aditiva para componentes de reactores de fusi\u00f3n.<\/p>

\u00a0<\/p>

En composici\u00f3n qu\u00edmica, distribuci\u00f3n del tama\u00f1o de las part\u00edculas (PSD) y forma de las part\u00edculas de los polvos<\/strong> utilizado en este estudio se muestra en el siguiente Certificado:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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En este estudio, las muestras utilizadas para la investigaci\u00f3n se imprimieron en geometr\u00edas cercanas a la forma de red. A continuaci\u00f3n, la muestra se mecaniza para eliminar la piel rugosa y llevar la muestra a la geometr\u00eda correcta para las pruebas de dureza.<\/p>

\u00a0<\/p>

La optimizaci\u00f3n de los par\u00e1metros se lleva a cabo para conseguir la mayor densidad de muestras con la combinaci\u00f3n de espaciado de barrido (en el rango de 0,06-0,1 mm), velocidad del l\u00e1ser (de 350 a 650 mm\/s) y potencia del l\u00e1ser mantenida en 370 W, la anchura de la franja fijada en 5 mm y el grosor de la capa fijado en 0,03 mm para todas las capas. En cada capa, la direcci\u00f3n de las franjas cambia con una rotaci\u00f3n de 67\u00b0. La orientaci\u00f3n vertical en este proyecto es la misma que la orientaci\u00f3n del edificio. Diagramado en Figura 1<\/strong>:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 1. Diagrama esquem\u00e1tico del proceso de fabricaci\u00f3n aditiva Diagrama esquem\u00e1tico del proceso de fabricaci\u00f3n aditiva<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Se fabricaron 40 cubos (10 mm x 10 mm x 10 mm) con diferentes combinaciones de espaciado y velocidad de barrido. A continuaci\u00f3n se mide su densidad por el m\u00e9todo de Arqu\u00edmedes.<\/p>

Las muestras as-built fueron tratadas por tres envejecimiento endurecimiento<\/strong> duraci\u00f3n a 550 \u00b0C durante 1 h, 3 h y 6 h en atm\u00f3sfera de nitr\u00f3geno con una pendiente de calentamiento y enfriamiento de 150 \u00b0C\/h (enfriamiento en estufa y en atm\u00f3sfera protectora).<\/p>

\u00a0<\/p>

El histograma en Figura 2<\/strong> muestra la densidad relativa media de todas las combinaciones de par\u00e1metros del proceso de estudio medidas por el m\u00e9todo de Arqu\u00edmedes. La densidad de referencia es igual a 8,8869 g\/cm3. Este valor se utiliza a continuaci\u00f3n para calcular la densidad relativa de la muestra fabricada aditivamente.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 2. Densidad relativa de las muestras en funci\u00f3n de los par\u00e1metros del proceso Densidad relativa de las muestras en funci\u00f3n de los par\u00e1metros del proceso<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La densidad relativa m\u00e1s alta (99,15%) se obtuvo utilizando el siguiente conjunto de par\u00e1metros de proceso: potencia l\u00e1ser 370 W, espaciado de escaneado (distancia de eclosi\u00f3n) 0,07 mm, velocidad de escaneado 450 mm\/s y anchura de banda 5 mm. Con una distancia de barrido de 0,07 mm, no se produjo ning\u00fan cambio significativo en la densidad relativa con diferentes velocidades de barrido.<\/p>

Una separaci\u00f3n de barrido de 0,06 mm no es buena para la densidad, lo que da lugar a valores de densidad del orden del 98-98,5%. Esto puede deberse a la acumulaci\u00f3n de calor que provoca un sobrecalentamiento que reduce la densidad final.<\/p>

\u00a0<\/p>

Figura 3<\/strong> muestra la microestructura de las muestras despu\u00e9s de 1h y 6h de tratamiento de envejecimiento. Se observa que una mayor duraci\u00f3n del endurecimiento por envejecimiento no altera las caracter\u00edsticas microestructurales que pueden observarse a bajo aumento, con una duraci\u00f3n de 1h en comparaci\u00f3n con una duraci\u00f3n de 6h.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 3. Microestructuras de las muestras 1h y 6h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 4<\/strong> muestra micrograf\u00edas SEM de la muestra 6h. Se observan muchas part\u00edculas circulares (especialmente en la Figura 5c) en granos columnares, que pueden ser part\u00edculas nanoendurecidas. Una investigaci\u00f3n posterior por EDS de estos precipitados de tama\u00f1o nanom\u00e9trico mostr\u00f3 que se trata de peque\u00f1os precipitados de Cr o Zr de unos pocos a 50 nan\u00f3metros dispersos uniformemente en el interior del material.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 4 Im\u00e1genes SEM de electrones secundarios a diferentes aumentos tras envejecimiento a 550 \u00b0C durante 6 h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tambi\u00e9n se observaron defectos en las muestras estudiadas. Gr\u00e1fico 5<\/strong> muestra algunos defectos t\u00edpicos de las piezas AM, como la falta de fusi\u00f3n (LoF) y la porosidad creada principalmente por el atrapamiento de gas.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 5 Defectos encontrados en la secci\u00f3n transversal de la muestra as-built de LPBF<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 6<\/strong> son los valores de microdureza Vickers para las muestras as-built y tratadas t\u00e9rmicamente. Es f\u00e1cil comprender que la dureza es inferior en las condiciones as-built en comparaci\u00f3n con las muestras envejecidas: 1h de envejecimiento a 550 \u00b0C mejora significativamente esta dureza (165 HV, el doble del valor de 84 HV en las muestras as-built). Despu\u00e9s de 3 h de envejecimiento, la dureza de la muestra empez\u00f3 a reducirse (144 HV de media) y despu\u00e9s de 6 horas de tratamiento, el material se abland\u00f3 a\u00fan m\u00e1s, pero en este caso tambi\u00e9n se produjo una mejora con respecto al estado as-built. Esto significa que la duraci\u00f3n de 6 h es demasiado larga, lo que provoca un engrosamiento de los precipitados. Se puede observar que 1 hora ya es efectiva para aumentar la dureza del material en comparaci\u00f3n con las condiciones as-built. Esto significa que el material ha sufrido un sobreenvejecimiento despu\u00e9s de 1 h.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 6 Valores de microdureza Vickers de las muestras tal cual y envejecidas<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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En resumen, desde un punto de vista mec\u00e1nico, el tratamiento de envejecimiento es prometedor para la mejora de las propiedades mec\u00e1nicas de la aleaci\u00f3n LPBF CuCrZr. Sin embargo, es necesario realizar algunas investigaciones para encontrar la combinaci\u00f3n previa de las propiedades del polvo, los par\u00e1metros LPBF y el proceso de envejecimiento.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

CuCrZr (C18150) alloy is a precipitation-hardening alloy known for its high mechanical, thermal, and electrical properties. The alloy is widely used in heat exchange devices and in the field of nuclear fusion. \u00a0 CuCrZr alloy is a very attractive alloy that can replace pure copper in many applications, with Cr in the range of 0.5 […]<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"post_folder":[],"class_list":["post-8388","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8388"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8399,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions\/8399"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8388"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8388"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8388"},{"taxonomy":"post_folder","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/post_folder?post=8388"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}