Fundamentals of solidification during selective laser melting of aerospace alloys

• Autores: Clara Galera Rueda
• Directores de la Tesis: Javier Llorca Martínez (dir. tes.), María Teresa Pérez-Prado (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2022
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jon Mikel Molina Aldareguia (presid.), Damien Tourret (secret.), Mónica Campos Gómez (voc.), Iñaki Madariaga Rodríguez (voc.), Marc Gardon (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Estructuras, Cimentaciones y Materiales por la Universidad Politécnica de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Física del estado sólido
      • Metalurgia
      • Metalografía
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología metalúrgica
      • Pulvimetalurgia
    • Tecnología de productos metálicos
      • Servicios de fabricación de productos metálicos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • La fabricación laser en cama de polvo (SLM) se está convirtiendo en una tecnología relevante en la manufactura de piezas. Sin embargo, los fundamentos de los mecanismos de solidificación y el desarrollo microestructural subyacente al proceso fuera del equilibrio durante el procesado, muy alejado de los métodos convencionales de manufactura, no son plenamente comprendidos. Predecir las microestructuras y propiedades mecánicas es extremadamente complejo debido a que la relación entre el láser y el polvo da lugar a un proceso fuera del equilibrio que no es fácil de modelar.

    En este trabajo, la solidificación de aleaciones de relevancia para el sector aeroespacial es in investigada. Primero la relación entre los parámetros del proceso de SLM y la microestructura de níquel puro y de aleaciones binarias de con diferentes diagramas de fase es estudiada. En segundo lugar, Partículas de dihidruro de circonio son añadidas al polvo de la aleación de aluminio de alta resistencia 7075 y en la superaleación de níquel IN718 y su efecto es estudiado en la microestructura tras SLM y en las propiedades mecánicas.

    Esta tesis demuestra que durante el proceso de solidificación en SLM aparecen mecanismos de nucleación mediados por la formación de quasicristales icosaédricos en aleaciones donde este mecanismo no había sido previamente observado, como son níquel comercial y aleación de 7075 con partículas de dihidruro de circonio. Este mecanismo se observa a través de la presencia de un exceso de bordes de macla y de agrupaciones de granos con simetrías quíntuples de relaciones de orientación. Además, este trabajo demuestra la evidencia la fuerte dependencia de la composición de la aleación con el desarrollo microestructural tras la impresión, en especial en la textura cristalográfica y en las características de los granos.

    Esta investigación confirma las numerosas posibilidades de la fabricación aditiva para el desarrollo de fenómenos novedosos en la física metalúrgica y así como para el desarrollo de materiales avanzados.