Desarrollo de materiales metálicos funcionales con composición gradual mediante fabricación aditiva por láser

Abstract

[Resumen] El desarrollo de materiales con composición gradual posibilita la fabricación de piezas funcionales con propiedades combinadas y adaptadas localmente a distintos requisitos de servicio. El objetivo de este Trabajo de Fin de Máster es el desarrollo y análisis de uniones metálicas con composición gradual obtenidas mediante deposición láser entre el acero inoxidable 316L y la superaleación de níquel IN625. Tras optimizar los parámetros del sistema de deposición, se han obtenido perfiles de composición y se ha analizado la precisión esperable del método de fabricación aditiva. Las muestras fabricadas se han sometido a distintos análisis (microdureza, microscopía óptica y electrónica) para determinar sus características mecánicas y metalúrgicas. Tanto la dureza como la microestructura de material han mostrado una variación gradual siguiendo el gradiente. Sin embargo, se ha constatado la presencia de grietas en las muestras, cuya formación se ha podido delimitar en ciertos intervalos de composición. Su morfología y las características metalúrgicas del material en estas regiones sugieren un fenómeno de agrietamiento en caliente. Para evitarlo se propone finalmente un gradiente de composición adaptado y optimizado que permite obtener una unión gradual libre de grietas.

[Resumo] O desenvolvemento de materiais con composición gradual posibilta a fabricación de pezas funcionais con propiedades combinadas e localmente adaptadas aos distintos requisitos de servizo. O obxectivo deste Traballo de Fin de Mestrado é o desenvolvemento e análise de unións metálicas con composición gradual obtidas mediante deposición láser entre o aceiro inoxidable 316L e a superaliaxe de níquel IN625. Despois de optimizar os parámetros do sistema de deposición, obtivéronse perfis de composición e analizouse a precisión esperable do método de fabricación aditiva. As mostras fabricadas sometéronse a distintos análises (microdureza, microscopía óptica e elecrónica) para determinar as súas características mecánicas e metalúrxicas. Tanto a dureza como a microestructura do material depositado amosaron unha variación gradual seguindo o gradiente. Non obstante, constatouse a presenza de fisuras nas mostras, cuxa formación puido delimitarse en certos intervalos de composición. A súa morfoloxía e as caraterísticas metalúrxicas do material nestas rexións suxiren un fenómeno de fisuración en quente. Para evitarlo proponse finalmente un gradiente de composición adaptado e optimizado que permite obter unha unión gradual libre de fisuras.

[Abstract] The development of functionally graded materials makes possible the manufacturing of functional parts with mixed properties, locally adapted to the working conditions. The objective of this Master´s Thesis is the development and analysis of compositionally graded metal joints by laser deposition of stainless steel 316L and nickel superalloy IN625. After optimization of manufacturing parameters, different graded composition profiles were obtained, and the precision of the additive manufacturing technique was analyzed. Material samples were subjected to different analysis (microhardness, optical and electronic microscopy) to characterize their mechanical and metallurgical properties. Both microstructure and microhardness showed a gradual variation with the composition gradient. However, cracks were observed in the samples, which could be related to certain compositional ranges. Their morphology and metallurgical properties in these regions suggest a hot cracking phenomenology. To avoid crack formation, an adapted and optimized graded joint was developed