Optimiza impresión en 3D resistencia del acero inoxidable además de conservar el níquel
14 de febrero de 2025.- La aleación impresa en 3D conserva el níquel y mantiene la resistencia del acero inoxidable, publicó la Universidad de Tohoku.
Más del 70% del suministro mundial de níquel se utiliza para fabricar acero inoxidable, una aleación resistente a la corrosión, fuerte y rentable que se utiliza ampliamente en la construcción, el transporte, el desarrollo de dispositivos médicos y más. Sin embargo, las fluctuaciones en el suministro mundial de níquel durante las últimas dos décadas han planteado desafíos importantes para mantener una producción estable, según un equipo de investigadores de la Universidad de Tohoku y la Universidad de Tsinghua.
«Equilibrar la reducción del uso de níquel con la necesidad de preservar la resistencia del material se ha convertido en un objetivo crítico para garantizar tanto la sostenibilidad como la integridad estructural «, dijo Run-Zi Wang, profesor asistente en el Instituto Avanzado de Investigación de Materiales de la Universidad de Tohoku (WPI-AIMR).
Para satisfacer esta necesidad, Wang dirigió al equipo para desarrollar una nueva aleación de acero inoxidable que mantiene la resistencia sin necesidad de incorporar níquel. Publicaron sus resultados el 25 de enero en Additive Manufacturing .
«Dado que la producción de acero inoxidable consume una parte importante del suministro mundial de níquel, esta investigación propone una solución innovadora: fabricar estructuras bimetálicas de acero inoxidable mediante fabricación aditiva «, afirmó Wang. «Este enfoque ofrece una alternativa sostenible para estabilizar los costos y garantizar la disponibilidad de recursos a largo plazo».
El acero inoxidable austenítico o de la serie 300, que tiene el mayor contenido de níquel de todos los aceros inoxidables, es el tipo de acero inoxidable que se produce con mayor frecuencia y representa el 54 % de la producción total de acero inoxidable. Para lograr las mismas propiedades de la serie 300, los investigadores recurrieron a un tipo de acero inoxidable sin níquel clasificado como «ferrítico», lo que significa que es magnético y resistente al agrietamiento causado por la tensión y la corrosión.
(a) La proporción de la producción mundial de acero inoxidable de calidad principal. (b) Las fluctuaciones de precios del níquel en las últimas dos décadas. Crédito: Yipu Xu et al.
El acero inoxidable ferrítico sin níquel ha ganado un renovado interés como alternativa rentable a los aceros inoxidables que contienen níquel, pero su menor resistencia a la fractura y su menor velocidad de endurecimiento en comparación con el acero inoxidable austenítico limitan sus aplicaciones industriales. Las estructuras bimetálicas híbridas hechas de los dos aceros inoxidables ofrecen una solución prometedora, que equilibra el rendimiento del material y el consumo de níquel. Por lo tanto, el principal desafío de este estudio fue preservar la resistencia del acero inoxidable al tiempo que se reduce la dependencia del níquel.
Mediante la fabricación aditiva, un tipo de impresión 3D, los investigadores fabricaron una estructura compuesta de acero inoxidable ferrítico sin níquel y acero inoxidable austenítico. Emplearon específicamente una técnica llamada deposición de energía dirigida por arco de alambre, que implica depositar capas de metal mediante soldadura.
Una vez fabricada, los investigadores analizaron la distribución elemental y las propiedades mecánicas de la estructura bimetálica. Descubrieron que la microestructura en la que se interconectan los dos metales revelaba características asociadas con una mayor dureza y resistencia en comparación con cualquiera de los componentes individuales por separado.
Esta investigación contribuye a una fabricación de acero inoxidable de bajo costo y alto rendimiento con resistencia del material preservada, lo que podría beneficiar a las industrias y a los consumidores al reducir los costos de los materiales, mejorar la durabilidad del producto y promover prácticas de fabricación de metales sustentables para el futuro.
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