Investigation of titanium composites produced via Plasma Transferred ARC: influence of the processing parameters on the composites’ microstructures
Abstract
Los materiales compuestos de base titanio son materiales muy valorados por sus excelentes propiedades específicas. El interés por desarrollar estos materiales mediante técnicas aditivas, en particular con el método conocido como Plasma Transferred Arc, es el punto de partida de esta investigación. Por ello, se estudiaron especímenes con idénticas concentraciones de partida de partículas de B4C (30% vol.), producidos bajo diferentes parámetros de fabricación. Los resultados verificaron la gran influencia de los parámetros, intensidad de corriente (A) y velocidad de fabricación, en las propiedades finales de especímenes monocapa. Análisis microestructurales centrados en la zona de contacto de los especímenes con el sustrato de deposición mostraron que, a mayor intensidad de corriente de fabricación, el sustrato se vio más afectado por la intensidad de este parámetro, incluso a un elevado valor de velocidad de fabricación.
Full text
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In es iga ion o i anium composi es p oduced ia Plasma T ans e ed ARC: in luence o he p ocessing
pa ame e s on he composi es’ mic os uc u es
INVESTIGATION OF TITANIUM COMPOSITES
PRODUCED VIA PLASMA TRANSFERRED ARC:
INFLUENCE OF THE PROCESSING PARAMETERS ON
THE COMPOSITES’ MICROSTRUCTURES
En ique A iza Gal án2, Isabel Mon ealeg e-Meléndez1, C is ina A é alo1,*, E a M.
Pé ez-So iano1
1 Depa amen o de Ingenie ía y Ciencia de los Ma e iales y del T anspo e. Escuela
Poli écnica Supe io , Uni e sidad de Se illa, Se illa.
2 RHP- echnology GmbH, A-2444, Seibe sdo (Aus ia).
E-mail de co espondencia: ca e [email p o ec ed]
Resumen
Los ma e iales compues os de base i anio son ma e iales muy alo ados po sus
excelen es p opiedades especí icas. El in e és po desa olla es os ma e iales
median e écnicas adi i as, en pa icula con el mé odo conocido como Plasma
T ans e ed A c, es el pun o de pa ida de es a in es igación. Po ello, se es udia on
especímenes con idén icas concen aciones de pa ida de pa ículas de B4C
(30% ol.), p oducidos bajo di e en es pa áme os de ab icación. Los esul ados
e i ica on la g an in luencia de los pa áme os, in ensidad de co ien e (A) y
elocidad de ab icación, en las p opiedades inales de especímenes monocapa.
Análisis mic oes uc u ales cen ados en la zona de con ac o de los especímenes
con el sus a o de deposición mos a on que, a mayo in ensidad de co ien e de
ab icación, el sus a o se io más a ec ado po la in ensidad de es e pa áme o,
incluso a un ele ado alo de elocidad de ab icación.
1. In oducción
Los ma e iales compues os de base i anio, son excelen es candida os pa a
aplicaciones en el sec o ae oespacial; en dicho campo se equie en ma e iales con
buenas p opiedades especí icas y a la co osión, es po ello po lo que in es igaciones
en o no a es os ma e iales son cada ez más nume osas. Po o o lado, écnicas de
ab icación adi i a es án eme giendo con el obje i o de sa is ace diseños complejos
de piezas donde los cos es de ma e ial- ab icación son ele an es. La conjunción del
desa ollo de écnicas adi i as pa a la ab icación en el sec o ae oespacial de piezas
de i anio e o zado enma ca la in es igación ealizada en es e abajo. Piezas de
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i anio g ado 5 (Ti6Al4V) e o zadas con un 30 % en peso de B4C, se han p oducido
median e la écnica adi i a conocida como Plasma T ans e ed A c. Debida a la
complejidad del ma e ial y a la écnica de ab icación empleada, sólo se han p oducido
piezas monocapa. La no edad que p esen a es e es udio se basa en los di e en es
pa áme os empleados pa a la consolidación de dichas piezas. Conside ando los
pa áme os más ele an es, a iaciones de los mismos conlle an esul ados di e sos;
e aluando la in luencia de dichos pa áme os sob e la mic oes uc u a y du eza de
los especímenes p oducidos, los esul ados mues an el enómeno de c ecimien o
de g ano, no sólo en el espécimen ab icado, sino ambién en el sus a o donde se
ealiza la deposición de la capa.
2. Ma e iales y mé odos
Como ma e iales de pa ida se selecciona on pol o de i anio G ado 5, empleado po
los au o es en abajos an e io es (A iza-Gal án e al., 2019), y pa ículas ce ámicas
de B4C. La composición del 30 % en peso y las ca ac e ís icas de es as pa ículas se
ija on conside ando esul ados ob enidos en in es igaciones p e ias (A iza-Gal án
e al., 2017). La écnica adi i a empleada pa a la ab icación de los especímenes ue
Plasma T ans e ed A c.
Figu a 4. Equipo empleado en la ab icación adi i a: Plasma T ans e ed A c.
Fuen e: elabo ación p opia.
En la Figu a 1 se puede obse a el equipo empleado pa a la consolidación y las
pa es de las que se compone; la an o cha, donde se p oduce el plasma, así como el
disposi i o alimen ado , po donde se suminis a el pol o soplado. El desplazamien o
del b azo mó il pe mi e la cons ucción de las piezas. La mesa de abajo de aluminio
cons a de sujeciones pa a los sus a os, sob e los cuales se ab ican los dis in os
especímenes. Los pa áme os de p ocesado ue on a iándose con obje o de
e alua su in luencia a ni el mic oes uc u al y sob e las p opiedades inales de los
especímenes. En la Tabla 1 se p esen an los alo es bajo los cuales se ab ica on
las di e en es mues as; en odas ellas se pa ió de la misma mezcla de pol o y
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pa ame e s on he composi es’ mic os uc u es
condiciones ambien ales. Además, la ab icación de odos los especímenes se ealizó
median e la deposición de una única capa de ma e ial sob e un sus a o come cial de
i anio g ado 5 (Ti6Al4V). Una ez ab icadas las mues as és as ue on ca ac e izadas
y, pa a ello, se co a on ans e salmen e. Se analizó la mic oes uc u a median e
la écnica de mic oscopía óp ica y además se midió la du eza Vicke s en dis in os
pun os de la sección es udiada.
Tabla 4. Pa áme os de p ocesado de los especímenes de TMCs ía PTA.
In ensidad de co ien e
[A]
Velocidad
[mm/min]
Al u a an o cha-sus a o
[mm]
S58 150 100 10
S59 150 75 10
S60 180 75 10
S61 210 100 10
S62 210 200 10
Fuen e: elabo ación p opia.
3. Resul ados y discusión
Los esul ados ob enidos del es udio mic oes uc u al e ela on la impo ancia de
los pa áme os de ab icación, al y como se había p e is o. En la Figu a 2 se pueden
compa a los e ec os de la elocidad de a ance de ab icación (mm/min) du an e
la deposición. Los sus a os menos a ec os son aquellos donde es e pa áme o
es mayo . La concen ación de calo hace que el g ano c ezca y que se eng ose el
amaño de g ano; es o ocu e en las mues as S58 y S59, donde la elocidad de
a ance p esen a el meno alo .
Figu a 2. TMCs p oducidos bajo dis in os alo es de elocidad de a ance (mm/min).
Fuen e: elabo ación p opia.
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Figu a 3. Mic oes uc u a de TMCs p ocesados con di e en e in ensidad de co ien e.
Fuen e: elabo ación p opia.
En el caso de la in ensidad de co ien e (A) del a co ans e ido, las di e encias se
ap ecian en los p ecipi ados de TiB y TiC que apa ecen. El amaño del B4C esul an e
es meno y el amaño de los p oduc os mayo en la zona in e io de la soldadu a, ya
que el calo no llega en igual medida ( e Figu a 3).
4. Conclusiones
Como conclusiones de la in es igación ealizada, se pueden alo a : i) A mayo
elocidad de a ance, se iene una meno exposición al calo , aumen a el amaño de
g ano y, po an o, disminuye la du eza. Po o o lado, al disminui la elocidad, la
zona a ec ada é micamen e es mayo y disminuye la can idad de gas ocluido en el
co dón, al esidi du an e más iempo el calo ansmi ido; en cuan o al B4C y a los
p oduc os de la eacción, se puede conclui que al disminui la elocidad de a ance,
mayo can idad de B4C eacciona con la ma iz de i anio, c eando mayo núme o
de p oduc os de eacción y de mayo amaño, con sus o mas ca ac e ís icas; ii) La
in ensidad de co ien e del a co ans e ido es el pa áme o con más in luencia. Al
aumen a , el calo gene ado es mayo , a ec ando a las p opiedades de la p obe a. La
al u a del co dón de soldadu a es meno y la anchu a es mayo , como consecuencia
de una mejo soldadu a. El amaño de g ano aumen a g acias a la adición de calo ,
p o ocando que la du eza sea meno . La po osidad es é ica disminuye cuando
aumen a, ya que el iempo de en iamien o aumen a pe mi iendo sali al gas ocluido;
en cuan o al B4C y a los p oduc os de eacción, se obse a una mayo can idad de B4C
ans o mado a mayo in ensidad, así como más TiB y TiC de mayo amaño, con sus
o mas ca ac e ís icas de aguja o placa y dend i as espec i amen e.
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Re e encias bibliog á icas
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