Polvo de Hastelloy X para fabricación aditiva (impresión 3D)
El polvo de Hastelloy X es un polvo de superaleación con base de níquel con una excepcional resistencia a altas temperaturas y excelentes propiedades de resistencia a la oxidación y la corrosión.
| Polvo metálico | Tamaño | Cantidad | Precio/kg |
| Hastelloy X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
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Índice
Hastelloy X Polvo
El polvo de Hastelloy X es una superaleación a base de níquel con una resistencia excepcional a altas temperaturas y unas excelentes propiedades de resistencia a la oxidación y la corrosión. Conserva sus propiedades mecánicas hasta los 1150 °C, lo que lo hace adecuado para componentes críticos de motores aeroespaciales, turbinas de gas industriales, procesos químicos y manipulación de metales fundidos.
El polvo de Hastelloy X puede utilizarse para fabricar piezas de esta aleación de alto rendimiento mediante procesos de fabricación aditiva por fusión de lecho de polvo, como la fusión de lecho de polvo por láser (LPBF) y la fusión de lecho de polvo por haz de electrones (EBM). Esto permite imprimir geometrías complejas directamente a partir de datos CAD sin las limitaciones de la fundición y el mecanizado tradicionales.
En comparación con las superaleaciones de níquel convencionales, Hastelloy X tiene una resistencia a la rotura por fluencia superior gracias a las adiciones estratégicas de otros elementos como cobalto y molibdeno. Resiste atmósferas oxidantes, reductoras y neutras hasta temperaturas extremas, lo que prolonga la vida útil de los componentes.
Con la fabricación aditiva, los diseñadores pueden construir piezas más ligeras de Hastelloy X con canales de refrigeración conformados y ensamblajes integrados que antes no eran factibles. Esta guía cubre las composiciones del polvo de Hastelloy X, los datos de propiedades, las aplicaciones, los parámetros de la impresora y los proveedores para aprovechar las ventajas de esta aleación.
Composición del polvo de Hastelloy X
Hastelloy X es una aleación de Ni-Cr-Fe-Co-Mo con trazas de otros elementos para mejorar propiedades específicas. La composición nominal por porcentaje en peso es:
| Elemento | Ni | Cr | Fe | Co | Mo | W | Mn | Si |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Peso % | bal. | 21.5 | 18.5 | 12.5 | 9.0 | 0.6 | 0.5 | 0.5 |
- El níquel es el principal elemento de base que proporciona una matriz cristalina de FCC. Reduce el coeficiente de expansión térmica.
- El cromo contribuye a la resistencia a la oxidación y la corrosión mediante la formación de una capa protectora de óxido de cromo en la superficie.
- El hierro, el cobalto y el molibdeno refuerzan el material con mecanismos de solución sólida. El cobalto también mantiene la ductilidad.
- El wolframio mejora aún más la resistencia a altas temperaturas mediante la formación de carburos.
- Los oligoelementos como el manganeso y el silicio mejoran la colabilidad y la trabajabilidad en caliente.
Las modificaciones más allá de esta composición estándar tienen como objetivo adaptar la aleación a requisitos específicos, como una mayor resistencia o fabricabilidad, o minimizar determinados elementos.
Propiedades del polvo de Hastelloy X
El Hastelloy X posee una excelente combinación de resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, fabricabilidad y soldabilidad. Sus atributos clave son:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | 8,22 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1350°C |
| Resistencia a la tracción | 760 MPa (a 20°C)<br>140 MPa (a 1090°C) |
| Alargamiento % | 50% (a 20°C) |
| Conductividad térmica | 11,3 W/m-K |
| Coeficiente de dilatación térmica | 13,0 μm/m-°C |
| Módulo de elasticidad | 196-214 GPa |
| Relación de Poisson | 0.29-0.32 |
- Conserva 55% de resistencia a temperatura ambiente hasta 900°C. La resistencia a la rotura por fluencia supera los 100 MPa durante más de 1.000 horas a 980 °C.
- Resiste la corrosión en caliente y la oxidación en gases a alta velocidad hasta temperaturas extremas. Se forma una capa protectora de óxido de Cr2O3.
- La capacidad de fabricación es buena gracias a la trabajabilidad en frío 45-55% y a la trabajabilidad en caliente a alta temperatura. La maquinabilidad es 35% del acero inoxidable 303.
- Presenta una excelente soldabilidad. El bajo contenido de carbono minimiza la precipitación de carburo durante la soldadura.
Propiedades del Hastelloy X impreso
Las propiedades mecánicas de las piezas AM de Hastelloy X dependen de la orientación de la estructura, los parámetros de procesamiento y los tratamientos térmicos. Las propiedades isotrópicas son alcanzables en el estado recocido. Datos de ejemplo:
| Propiedad | EBMF tal como se imprimió | LPBF impreso |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción | 330 - 470 MPa | 500 - 660 MPa |
| Límite elástico (0,2%) | 230 MPa | 320 MPa |
| Alargamiento a la rotura | 37% | 35% |
Aplicaciones de Hastelloy X
El Hastelloy X se utiliza mucho en:
Aeroespacial: Cámaras de combustión, barras de pulverización, tubos, cajas, elementos de fijación y carcasas en motores de aviación y turbinas de generación de energía en tierra, dada su extrema resistencia a la temperatura y al medio ambiente.
Procesamiento químico: Tubos de reformadores, serpentines de craqueo, intercambiadores de calor, piezas de válvulas expuestas a procesos de hidrocarburos y atmósferas industriales mixtas a temperaturas elevadas que buscan resistencia a la corrosión.
Procesamiento de metales fundidos: Crisoles, vainas de termopares, elementos de fijación y componentes de bombas/válvulas en contacto con vidrio fundido, aluminio, zinc, plomo, cobre, acero y superaleaciones durante las operaciones de fundición, revestimiento y revestimiento.
Control de la contaminación: Conductos, chimeneas, depuradores, ventiladores, compuertas que manipulan gases de escape ácidos calientes en plantas de incineración de residuos y centrales eléctricas de carbón que inducen oxidación y corrosión.
Metalurgia: Matrices de conformado en caliente, contenedores de extrusión y utillaje que mantienen superaleaciones, titanio y metales refractarios a altas temperaturas durante el procesamiento termomecánico, donde la resistencia al calor y al desgaste es vital.
Piezas de Hastelloy X hechas con fabricación aditiva
Entre las ventajas de la fabricación aditiva de componentes en Hastelloy X se incluyen:
- Fabricación de intrincados canales de refrigeración y geometrías biónicas que mejoran la funcionalidad
- Consolidación de conjuntos para reducir el número de piezas
- Personalización de las aleaciones para mejorar sus propiedades
- Aceleración de la iteración del diseño y piezas bajo demanda
- Reducción de plazos de entrega e inventarios
- Construcción de estructuras sándwich complejas con celosías
- Aligeramiento de componentes mediante la optimización de la topología
Parámetros del proceso de impresión de polvo de Hastelloy X
LPBF y EBM consisten en extender finas capas de polvo metálico de ~20-100 micras de espesor y fundir selectivamente zonas basándose en datos CAD 3D mediante un rayo láser o un haz de electrones, respectivamente. Los parámetros clave del Hastelloy X son:
Ajustes LPBF
| Parámetro | Gama |
|---|---|
| Potencia del láser (W) | 195 - 380 W |
| Velocidad de exploración (mm/s) | 600-1550 mm/s |
| Tamaño del haz (μm) | 50-200 μm |
| Grosor de la capa (μm) | 20-50 μm |
| Distancia entre escotillas (μm) | 80-140 μm |
| Gas de protección | Argón |
Ajustes EBM
| Parámetro | Gama |
|---|---|
| Potencia del haz (W) | 2,0-3,5 kW |
| Velocidad del haz (m/s) | 1000-3000 m/s |
| Tamaño del haz (μm) | 200 |
| Grosor de la capa (μm) | 50-200 μm |
| Desplazamiento de línea (μm) | 100 |
| Temperatura de precalentamiento (°C) | 1000°C |
En ambos procesos se consigue una densidad de pieza superior a 99% tras el alivio de tensiones y el prensado isostático en caliente. Son posibles tamaños mínimos de ~100-200 micras.
Proveedores de polvo de Hastelloy X para AM
| Empresa | Designación del producto | Tamaño de las partículas |
|---|---|---|
| Met3DP | Hastelloy X Polvo | 15-45 μm |
| Aditivo para carpinteros | Hastelloy X MicroMelt Polvo Esférico | 10-45 μm |
| AP&C | Hastelloy X45 AM Polvo | D10 45 μm |
| América hace | Hastelloy X Polvo atomizado con gas | D50 17 μm |
| Polvos metálicos | Aleaciones Hastelloy X a medida | 10-53 μm |
| Atlantic Equipment | Polvo de impresión 3D Hastelloy X | 22-71 μm |
Coste del polvo de Hastelloy X
Como polvo de superaleación especializado para aplicaciones de alto rendimiento, los precios del polvo de Hastelloy X son más elevados:
- El coste del polvo metálico es de $500-$1000 por kg.
- El plazo de entrega de los pedidos personalizados puede oscilar entre 2 y 16 semanas.
Lista de precios del polvo Met3DP Hastelloy X:
| Polvo metálico | Tamaño | Cantidad | Precio/kg |
| Hastelloy X | 15-45um | 1KG | 107 |
| 10KG | 79 | ||
| 100KG | 70 |
Normas de ensayo mecánico
Entre los principales métodos de ensayo utilizados para evaluar las propiedades de tracción, fatiga, tenacidad a la fractura y rotura por fluencia del material y los polvos de Hastelloy X se incluyen:
| Estándar | Título | Organización |
|---|---|---|
| ASTM E8 | Ensayos de tracción de materiales metálicos | ASTM |
| ASTM E23 | Pruebas de impacto de barras entalladas | ASTM |
| ISO 6892 | Ensayos de tracción de materiales metálicos | ISO |
| AMS 2633A | Tratamiento térmico de piezas de Hastelloy X | SAE |
Postprocesado de piezas de Hastelloy X de fabricación aditiva
Tras la impresión, las piezas de Hastelloy X deben someterse a los siguientes pasos de postprocesado antes de su puesta en servicio:
Retirada del soporte
- Los soportes de sacrificio se desprenden mediante corte por electroerosión de hilo o disolución química cuando es posible.
Aliviar el estrés
- Para eliminar las tensiones residuales de la formación de capas, calentar suavemente al vacío o con gas inerte a 760-980°C durante 1-2 horas.
Prensado isostático en caliente
- HIP toda la impresión a 1120°C de temperatura y 100-200 MPa de presión durante 3-6 horas para cerrar los huecos internos y la microporosidad.
Tratamiento térmico
- El recocido por disolución entre 1150-1210°C garantiza el equilibrio de la microestructura y la dureza deseada.
Tratamiento de superficies
- Los tratamientos superficiales adicionales incluyen esmerilado, fresado, pulido y granallado para obtener la rugosidad y el acabado superficiales requeridos.
Pruebas de calidad
- Comprobar que las piezas cumplen las especificaciones de dimensiones, integridad del material, microestructura y propiedades mecánicas según las normas aplicables. Realizar escaneados por capas.
Guía del comprador - Hastelloy X Powder Bed 3D Printers
Entre las consideraciones críticas del impresor para trabajar con aleaciones reactivas como el polvo de Hastelloy X se incluyen:
Precisión - estrictos controles del proceso para garantizar la precisión dimensional y la repetibilidad de las construcciones
Atmósfera inerte - gas de protección de muy alta pureza para evitar la contaminación del material
Automatización - sistemas de manipulación de polvo para minimizar la exposición al oxígeno
Garantía de calidad - control en línea, retroalimentación en bucle cerrado de los baños de fusión y la microestructura
Software inteligente - estrategias especiales de exploración que se adaptan al historial térmico y a la geometría
Productividad - mayor velocidad de fabricación gracias a la mayor potencia del láser y a los grandes volúmenes de fabricación
Entre los principales modelos figuran:
- 3D Systems DMP Factory 500
- GE Additive Concept Láser Xline 2000R
- Sistema EOS M 400-4 de 4 láseres
- Soluciones SLM Serie Next Generation
- Máquina láser Renishaw RenAM 500 Quad
Perspectivas de futuro para Hastelloy X y Metal AM
Las aplicaciones de los componentes de Hastelloy X se ampliarán dentro de los sectores existentes a medida que las técnicas aditivas permitan nuevas posibilidades combinadas con una viabilidad económica cada vez mayor:
- Un uso más común es la impresión directa en 3D de cámaras de combustión de cohetes, piezas de motores a reacción comerciales, secciones calientes de turbinas de gas industriales y hardware de generación de energía, dadas las mayores ventajas geométricas, de refrigeración y de peso.
- Equipos químicos adicionales, como intercambiadores de calor internos y depósitos de proceso con canales conformados impresos como un solo cuerpo en lugar de conjuntos de chapas soldadas.
- Consolidación de conjuntos de módulos y uniones tradicionalmente soldadas para equipos de producción aeroespacial y de semiconductores susceptibles de trabajar en vacío y en atmósferas corrosivas de alta pureza.
- Conjuntos de inyectores de combustible y placas de refrigeración por efusión personalizados y unificados, adaptados a entornos térmicos específicos en sistemas de propulsión líquida y turbinas.
- Mayor adopción de implantes adaptados al paciente, como puentes y coronas dentales, que aprovechan la biocompatibilidad.
El futuro de la AM metálica en sí es muy positivo debido a su mayor asequibilidad, junto con unos índices de fabricación y plazos de entrega más rápidos. Las aplicaciones de fabricación de esta tecnología no dejan de crecer.
Preguntas frecuentes
P: ¿Por qué propiedades de aleación es más conocido el Hastelloy X?
R: El Hastelloy X es conocido sobre todo por mantener una alta resistencia a temperaturas extremas de hasta 1150°C, así como una magnífica resistencia a la corrosión que le permite soportar atmósferas oxidantes y reductoras calientes en entornos exigentes.
P: ¿Qué industrias utilizan más el Hastelloy X y sus superaleaciones afines?
R: El sector aeroespacial es el principal consumidor de Hastelloy X por su resistencia al calor (más de 50%). Le sigue el procesado químico por su resistencia a la corrosión, el procesado de metales y las aplicaciones de control de la contaminación.
P: ¿Qué hace que Hastelloy X sea mejor que otras superaleaciones con base de Ni para entornos extremos?
R: Las adiciones estratégicas de hierro, cobalto y molibdeno confieren a Hastelloy X la mayor resistencia entre las aleaciones de níquel hasta 1150°C. Otras superaleaciones de Ni no alcanzan esta temperatura máxima o se ven superadas en duración de la resistencia a la rotura.
P: ¿Cuál es el coste típico por kg de polvo de Hastelloy X adecuado para los procesos de lecho de polvo AM?
R: Dado que el Hastelloy X es un polvo especial adaptado a aplicaciones exigentes, su precio oscila normalmente entre $500 y $1000 por kg. Esto equivale a 5-10 veces el coste del acero inoxidable, por ejemplo. Los pedidos de cantidades inferiores tienen un recargo adicional.
P: ¿Qué proceso de impresión 3D funciona mejor para Hastelloy X: DMLS o EBM?
R: Tanto LPBF como EBM pueden imprimir componentes de Hastelloy X totalmente densos. Los procesos basados en láser pueden ofrecer un mejor acabado superficial y precisión dimensional hasta ~50 micras de detalle. Sin embargo, la mayor velocidad de EBM hace que sea preferible para aplicaciones de producción de mayor volumen.
P: ¿Qué tratamiento térmico se utiliza para las piezas de Hastelloy X después de la construcción metálica por AM?
R: El ciclo típico de tratamiento térmico implica 1-2 horas de remojo entre 1150°C y 1210°C después de un primer alivio de tensión a 1080°C. Esto homogeneiza los elementos de la matriz y proporciona el equilibrio de fases y las propiedades deseados.
P: ¿Es el Hastelloy X más duro o más fácil de mecanizar que los grados de acero inoxidable 304 o 316 estándar?
R: El índice de maquinabilidad del Hastelloy X es casi 50% inferior al de los aceros inoxidables comunes de la serie 300 debido a su mayor resistencia y a sus características de endurecimiento por deformación. Se requieren configuraciones más rígidas y herramientas adecuadas.
P: ¿Se puede soldar la superaleación Hastelloy X con los métodos convencionales de soldadura por fusión?
R: Sí, el Hastelloy X presenta una excelente soldabilidad mediante técnicas de soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW), plasma o rayo láser debido a su bajo contenido en carbono y a la ausencia de precipitados de refuerzo a lo largo de los límites de grano que pueden formar fases intermetálicas frágiles. Utilizar una aleación de aportación adecuada.
P: ¿Qué sectores impulsarán en el futuro la adopción de la AM metálica con aleaciones como Hastelloy X?
R: Los sectores aeroespacial, médico, automovilístico y energético cuentan con algunas de las aplicaciones de mayor valor para las piezas metálicas impresas fabricadas con aleaciones que equilibran propiedades como la resistencia a la temperatura, la resistencia a la corrosión y una gran solidez cuando las construcciones ligeras confieren ventajas significativas.
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