Diseño y procesado de aleaciones de Titanio mediante técnicas pulvimetalúrgicas avanzadas

• Autores: Leandro Bolzoni
• Directores de la Tesis: Elisa María Ruiz Navas (dir. tes.), Elena Gordo Odériz (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2011
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Torralba Castelló (presid.), David Busquets Mataix (secret.), José Antonio Calero Martínez (voc.), Mario Rosso (voc.), Thomas Weissgaeber (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología metalúrgica
      • Pulvimetalurgia
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  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En esta tesis doctoral se plantea el diseño de aleaciones base titanio y su procesado mediante técnicas pulvimetalúrgicas tanto convencionales como avanzadas con el objetivo de obtener materiales con propiedades comparables a las aleaciones fabricadas por técnicas convencionales. Las aleaciones elegidas para el estudio han sido la Ti–6Al–4V, típica de la industria aeronáutica, la Ti–6Al–7Nb, característica de las aplicaciones biomédicas, la Ti–3Al–2,5V, normalmente empleada en los dos sectores anteriores, y se ha procesado también titanio elemental como referencia. El primer paso ha sido establecer la forma de obtener las composiciones deseadas puesto que exclusivamente la aleación más conocida, es decir la Ti–6Al–4V, está disponible en forma de polvos prealeados; por lo tanto, ha sido necesario diseñar la forma de añadir los aleantes y comprobar su viabilidad estudiando la mezcla elemental de polvos y el empleo de aleaciones maestras. En segundo lugar se realizó la búsqueda de las materias primas adecuadas, tendiendo en cuenta el contenido de elementos intersticiales, el coste y las características físico–químicas de los polvos y, a continuación, se realizó la caracterización de los polvos, tanto prealeados como los producidos por mezcla elemental o molienda de alta energía, como etapa previa a su procesado. El procesado se ha llevado a cabo utilizando distintas técnicas: (1) compactación uniaxial en frío y sinterización (P&S), (2) compactación isostática en caliente (HIP) y (3) compactación uniaxial en caliente tanto convencional (HP) como inductiva (IHP). La descripción de todos estos pasos se encuentra en el capitulo de procedimiento experimental (Capitulo 2). Para el estudio de la ruta 1 (P&S), se ha realizado un estudio preliminar de sinterabilidad, variando la temperatura de sinterización en el intervalo 900–1400ºC y manteniendo el tiempo de sinterización en 120 minutos, considerando compactos de geometría rectangular para determinar las propiedades de flexión, cuyos resultados se detallan en el capitulo 5. Previamente, se ha estudiado la selección del soporte de sinterización adecuado para evitar o minimizar la interacción con los componentes de titanio (Capitulo 4). A partir del estudio preliminar, se ha realizado un estudio más detallado limitando el intervalo de temperatura de sinterización a 1250–1350ºC pero considerando el efecto del tiempo de meseta a la máxima temperatura (Capitulo 6). En los materiales procesados se determinaron propiedades físicas, químicas, mecánicas, microestructurales, eléctricas y térmicas que se emplean como referencia para la comparación con los resultados obtenidos cuando se procesan las aleaciones mediante técnicas pulvimetalúrgicas avanzadas. En general, la ruta P&S permite obtener aleaciones de titanio con elevada densidad relativa y propiedades de tracción equiparables a las de las respectivas aleaciones obtenidas por metalurgia convencional. La ruta 2 (HIP) se ha empleado como etapa de postprocesado con el objetivo de reducir la porosidad residual de los materiales obtenidos mediante la vía 1 (P&S). La selección de los parámetros de procesado influye notablemente en el comportamiento mecánico debido a los cambios microestructurales asociados a las diferentes condiciones (Capitulo 6). En el caso de la ruta 3 (HP o IHP), el parámetro que se ha modificado es la temperatura de conformado y el objetivo que se persigue es obtener piezas completamente densas a temperaturas menores y tratando de limitar el tamaño de grano de la microestructura (Capitulo 6). Mediante el desarrollo de esta tesis se ha demostrado que el método de aleación maestra permite obtener propiedades equiparables a las de los polvos prealeados, que suelen ser más costosos, y se propone como técnica para poder diseñar aleaciones a medida y fabricar materiales cuya composición no está disponible actualmente en el mercado. Además, el conformado de los polvos mediante las diferentes técnicas pulvimetalúrgicas permite obtener un gran abanico de propiedades mecánicas comparables o superiores a las de las respectivas aleaciones fabricadas por metalurgia convencional ajustables para aplicaciones específicas. ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------