ES2953659T3 - Aleaciones basadas en cobalto con alto contenido de carbono - Google Patents
Aleaciones basadas en cobalto con alto contenido de carbono Download PDFInfo
- Publication number
- ES2953659T3 ES2953659T3 ES18712703T ES18712703T ES2953659T3 ES 2953659 T3 ES2953659 T3 ES 2953659T3 ES 18712703 T ES18712703 T ES 18712703T ES 18712703 T ES18712703 T ES 18712703T ES 2953659 T3 ES2953659 T3 ES 2953659T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- equal
- weight
- alloy
- less
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 65
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 53
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 185
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 183
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 91
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 66
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 52
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 42
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 38
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 39
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 39
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 21
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 18
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical group [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 15
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 6
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 claims description 3
- FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 Chemical compound C1(=CC=CC=C1)N1C2=C(NC([C@H](C1)NC=1OC(=NN=1)C1=CC=CC=C1)=O)C=CC=C2 FGUUSXIOTUKUDN-IBGZPJMESA-N 0.000 claims 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 description 91
- 239000000047 product Substances 0.000 description 69
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 42
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 23
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 description 22
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 21
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 21
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 19
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 14
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 14
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 13
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 13
- AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N chromium;cobalt;iron;manganese;methane;molybdenum;nickel;silicon;tungsten Chemical group C.[Si].[Cr].[Mn].[Fe].[Co].[Ni].[Mo].[W] AHICWQREWHDHHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 13
- 229910001347 Stellite Inorganic materials 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 12
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 12
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 9
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 8
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 8
- UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N chromium carbide Chemical compound [Cr]#C[Cr]C#[Cr] UFGZSIPAQKLCGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910003470 tongbaite Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000007545 Vickers hardness test Methods 0.000 description 6
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 5
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 5
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000007712 rapid solidification Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 102220553754 Cyclic GMP-AMP synthase_T35E_mutation Human genes 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ULORNNZYVOQJFU-UHFFFAOYSA-N [C].[Cr].[Co] Chemical compound [C].[Cr].[Co] ULORNNZYVOQJFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Co] Chemical compound [Cr].[Co] WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000000788 chromium alloy Substances 0.000 description 2
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 2
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 2
- 238000003913 materials processing Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000846 In alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- CODVACFVSVNQPY-UHFFFAOYSA-N [Co].[C] Chemical compound [Co].[C] CODVACFVSVNQPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N cobalt tungsten Chemical compound [Co].[W] JPNWDVUTVSTKMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009838 combustion analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007656 fracture toughness test Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 235000020281 long black Nutrition 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001304 sample melting Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
- 238000009489 vacuum treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/05—Metallic powder characterised by the size or surface area of the particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
- B22F1/06—Metallic powder characterised by the shape of the particles
- B22F1/065—Spherical particles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/20—Direct sintering or melting
- B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
- B23K15/0046—Welding
- B23K15/0086—Welding welding for purposes other than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1068—Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/30—Process control
- B22F10/36—Process control of energy beam parameters
- B22F10/362—Process control of energy beam parameters for preheating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2301/00—Metallic composition of the powder or its coating
- B22F2301/15—Nickel or cobalt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
La presente invención se refiere a un producto de aleación a base de cobalto impreso en 3D que comprende carbono, tungsteno y cromo con muy buenas propiedades mecánicas y térmicas, así como a un método para preparar el producto impreso en 3D y una aleación en polvo. La aleación tiene un alto contenido de carbono que conduce a un alto contenido de carburo, pero carburos pequeños y distribuidos uniformemente. También se divulga un método que facilita la impresión 3D de aleaciones con alto contenido de carburo, como la presente aleación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Aleaciones basadas en cobalto con alto contenido de carbono
Campo de la invención
La presente invención se refiere a aleaciones basadas en cobalto, un producto impreso en 3D que comprende una o más de dichas aleaciones y un método para preparar un producto impreso en 3D que comprende una o más de dichas aleaciones.
Antecedentes
Técnicas de procesado de materiales
Actualmente existen diferentes métodos de fabricación para la obtención de materiales de alta aleación con elevado contenido de carbono. Todos los métodos tienen ventajas y desventajas, y la elección depende de demandas conflictivas en cuanto a calidad y coste.
Un método común consiste en la colada seguida de forjado/laminado de un lingote (también conocido como aleaciones forjadas). El material de aleación deseado se funde en un horno y se solidifica en lingotes. Estos lingotes luego se forjan y se enrollan en barras de material que pueden tener muchas formas y tamaños diferentes. La ventaja de este método consiste en que se trata de una tecnología bien probada y ofrece la posibilidad de producir materiales con purezas muy altas. Existen numerosas tecnologías metalúrgicas para mejorar la pureza de los metales. Éstas incluyen tratamientos en cazo con o sin tratamiento al vacío, ESR (refundición de electroescoria), VIMNAR, etc. La desoxidación de aleaciones con alto contenido de carbono también se puede realizar exponiendo la aleación fundida al vacío. Luego, el carbono reaccionará con el oxígeno y formará gas de monóxido de carbono que puede ser eliminado por la bomba de vacío.
"Alta pureza" en estos materiales suele ser sinónimo de "bajo contenido de oxígeno" ya que, en general, la presencia de oxígeno tiene como resultado impurezas de óxido que dan como resultado propiedades deterioradas del material.
Una desventaja importante con la técnica común de colada de lingotes son los largos tiempos de solidificación, lo que da como resultado microestructuras y patrones de solidificación gruesos. Este es particularmente el caso de materiales altamente aleados con elevado contenido de carbono. Con un tiempo de solidificación prolongado, los carburos forman estructuras de carburo que reducen significativamente las propiedades mecánicas del material. Un tiempo de solidificación prolongado también da como resultado una microestructura gruesa en general, lo que también da lugar a propiedades deterioradas del material. Otra desventaja consiste en la necesidad de forjar y formar posteriormente el lingote para dar una barra metálica (que típicamente es el producto final en la planta de procesado de materiales). La forja y el laminado son procesos complejos que requieren una serie de etapas de calentamiento y conformación del lingote de material con las consiguientes pérdidas elevadas de energía. Los materiales altamente aleados suelen resultar muy difíciles de conformar y, por tanto, requieren temperaturas muy elevadas y cargas elevadas, lo que podría dar como resultado lingotes agrietados, así como elevados costes de proceso. En otras palabras, el hecho de que deba ser posible forjar y/o laminar aleaciones producidas mediante este proceso limita la posibilidad de una elevada aleación.
Para solucionar los problemas provocados por las microestructuras gruesas, es posible utilizar la Pulvimetalurgia (PM). Al granular ("atomizar') primero la aleación fundida deseada para dar lugar a un polvo metálico, se puede lograr una microestructura muy fina en el polvo, debido a la solidificación muy rápida provocada por el gas de atomización u otras técnicas de granulación. El polvo metálico procedente de la atomización de gas se forma generalmente en forma esférica con partículas de polvo más pequeñas adheridas a la superficie de las partículas de polvo más grandes; "satélites". Este polvo metálico se puede disponer en recipientes de lámina metálica - cápsulas, que pueden tener forma cilíndrica o forma parecida a una red. Posteriormente, los recipientes se pueden sellar y compactar mediante HIP (prensado isostático en caliente), que es un método común y bien conocido. El resultado de HIP es una barra metálica de estructura fina (o componente de forma parecida a una red). Una desventaja consiste en que el oxígeno de la superficie de cada partícula en forma de polvo proporciona un mayor contenido de oxígeno en comparación con un lingote grande solidificado, ya que el oxígeno se acumula en todas las partículas en forma de polvo en el proceso de atomización. Para PM-HIP de componentes de forma parecida a una red, la necesidad de una cápsula limita la complejidad de un componente.
Una limitación importante del proceso PM-HIP es la dificultad de atomizar el polvo. El proceso de atomización generalmente requiere un orificio en el crisol que no se obstruya con la masa fundida. Aquí, las elevadas temperaturas de fusión y los fuertes formadores de carburo limitan la posibilidad de obtener un proceso de atomización industrial continuo para lotes más grandes. Además, las elevadas temperaturas de fusión son costosas de lograr y difíciles de manejar a escala industrial en el horno de fusión (crisoles). El límite
generalmente viene establecido por el revestimiento del horno: un revestimiento avanzado de circonia puede soportar una temperatura máxima de aprox. 1900 °C y un revestimiento más convencional de alúmina puede soportar una temperatura máxima de aprox. 1750 °C. Cuando se funde un material, también casi siempre se necesita una temperatura más alta que el punto de fusión real, denominada "sobrecalentamiento". El sobrecalentamiento ("sobretemperatura") es necesario para superar las pérdidas de temperatura en el horno para que el metal no se congele en el orificio y también para aumentar la fluidez de la masa fundida en el horno, con el fin de posibilitar la colada. Este sobrecalentamiento generalmente se establece en alrededor de 150 °C en un sistema industrial. En base a esto, el punto máximo de fusión de una aleación que es posible granular con gas es actualmente de aproximadamente 1600 °C con crisoles normales y hasta 1750 °C con crisoles más avanzados.
Para materiales altamente aleados con elevado contenido de carbono, el proceso PM-HIP normalmente se lleva a cabo en recipientes bastante grandes y uniformes. Pero el material resultante todavía ha de ser trabajado mediante calentamiento, forja y laminado para convertirlo en una barra metálica con las dimensiones requeridas. Esto suele resultar difícil para materiales altamente aleados e, incluso si es posible, el rendimiento resultante con frecuencia es bajo. De nuevo, la necesidad de poder forjar y/o laminar el material limita la posibilidad de una alta aleación.
La formación de un componente a partir de un material PM-HIP requiere mecanizado (torneado, taladrado, fresado, etc.), en otras palabras, muchas etapas de proceso adicionales. Otro problema con los materiales altamente aleados consiste en que también son difíciles y costosos de mecanizar y una gran parte del costoso material altamente aleado se desperdicia durante el maquinado. Cuanto mayor sea la resistencia al desgaste y dureza de la aleación, más difícil resulta el maquinado. El grupo de aleaciones de CoCr es bien conocido por su maquinado muy difícil y las calidades duras de elevado contenido de carbono solo se pueden moldear casi de forma exclusiva mediante fresado.
También es posible colar directamente un material fundido en un molde, de modo que la forma final del componente esté casi establecida cuando la colada se haya solidificado. Las desventajas de la colada consisten en la formación de una microestructura y patrones de solidificación gruesos debido a los prolongados tiempos de solidificación y la anisotropía en el componente debido a los diferentes tiempos de solidificación en diferentes secciones. Además, los métodos de colada requieren un molde que establezca el límite de complejidad del componente.
Para aleaciones basadas en cobalto con elevado contenido de carbono, existe un límite en cuanto a tamaño y complejidad de forma. El motivo es que para poder lograr una microestructura fina, es preciso enfriar la colada de forma rápida en un molde refractario permanente (típicamente de grafito). Por tanto, el límite de tamaño suele estar dentro del intervalo de tamaño de brocas de herramientas sólidas, tal como 1 x 1 x 6 pulgadas (2,5 x 2,5 x 16 cm), u hojas de corte más pequeñas. Además, la complejidad potencial del componente deseado se debe reducir considerablemente debido a la necesidad de una velocidad de enfriamiento rápida y uniforme, y la fragilidad del material. A pesar de todos estos esfuerzos, a menudo las velocidades de enfriamiento no son suficientemente rápidas para reducir los tamaños de carburo de cromo.
Otro método de fabricación consiste en usar polvo metálico, combinarlo con un aglutinante de tipo adecuado, prensar la mezcla de polvo-aglutinante hasta obtener una forma y a continuación sinterizar. La sinterización generalmente se lleva a cabo mediante uno de dos métodos: calentamiento para retirar el aglutinante y obtener un acoplamiento de difusión de los polvos metálicos, o fundición parcial del polvo metálico y unificación del mismo en un metal (sinterización líquida). La principal ventaja de los métodos de sinterización consiste en la posibilidad de unificar materiales con puntos de fusión elevados (normalmente carburos cementados u otros materiales cerámicos puros). Un tipo de método de sinterización es el Moldeo por Inyección de Metal (MIM), en el que una materia prima que consta de polvos metálicos y un aglutinante se prensan hasta obtener un "cuerpo verde" similar al moldeo por inyección de plástico, y a continuación el cuerpo verde se sinteriza por separado para dar lugar al componente final (que generalmente incluye poros).
Las principales desventajas son: el tamaño del componente cambia durante la retirada y difusión del aglutinante, la necesidad de métodos de compactación (herramientas de prensado), la necesidad de un aglutinante y la retirada del aglutinante (problemas de pureza), limitaciones de espesor o tamaño de producto y problemas de porosidad. Por ejemplo, los carburos cementados se compactan un 20 % en las direcciones xyz durante la sinterización. Esta gran reducción de tamaño durante la sinterización y los problemas de tolerancia resultantes, y las restricciones en cuanto a tamaño de componentes, provocan problemas importantes. Esto es el resultado de la necesidad de una compactación uniforme del polvo y aglutinante, y la necesidad de retirar el aglutinante en todo el espesor del material. Por ejemplo, se informa que los productos de moldeo por inyección de metal sinterizado (MIM) tienen un límite de espesor de pared de un máximo de 30 mm y el peso máximo de las piezas producidas es de 800 g.
Un método típico para consolidar materiales que son difíciles de fundir es mediante sinterización de los mismos. Para sinterizar un polvo metálico, se requiere algún tipo de pre-envasado, y al calentar a aproximadamente la
mitad de la temperatura de fusión, las partículas de polvo se unen. El resultado es típicamente una estructura de material con porosidad y falta de homogeneidad. Un método similar es la sinterización en fase líquida, en la que una pequeña cantidad de los polvos mezclados coexiste como líquido durante el proceso de sinterización. La sinterización en fase líquida tiene como resultado una unión mucho mejor de los polvos. Los materiales de sinterización en fase líquida más comunes son los carburos cementados WC-Co. Sin embargo, las técnicas de sinterización requieren cierto tipo de consolidación previa de una mezcla de polvo metálico y un aglutinante/prensado. Este tipo de mezcla se logra mezclando y moliendo WC con Co y un aglutinante, este último típicamente polietilenglicol (PEG) o algún otro tipo de aglutinante que, mediante calentamiento, se puede reducir a carbono, oxígeno e hidrógeno para retirarlo del material en el horno de sinterización.
Otro método para solucionar las dificultades con una microestructura gruesa en un material altamente aleado con elevado contenido de carbono, y para evitar la necesidad de mecanizar estos materiales difíciles de mecanizar, consiste en utilizar métodos de fabricación aditiva (AM , impresión 3D o conformación libre). En AM, el polvo metálico altamente aleado se funde y solidifica directamente en la máquina de procesado AM. Existe una gran cantidad de tecnologías AM diferentes pero, para los metales, la técnica más común es la fusión en lecho de polvo metálico. En esta técnica, un polvo de metal se extiende y se funde, mediante un láser o haz de electrones, capa a capa, en un patrón basado en un dibujo CAD del producto final cortado en capas. Las ventajas son microestructura fina, formas complejas y elevado rendimiento de material. No obstante, el proceso AM necesita polvos que se puedan granular, y esto no es posible a escala industrial para todas las composiciones de aleación. Los materiales con elevado contenido de carbono altamente aleados tienden a fisurarse cuando se usan en procesos de fabricación aditiva en los que los materiales se funden capa a capa y se ha de tener especial cuidado para lograr una operación exitosa.
Todavía la técnica anterior no ha mostrado la impresión 3D de aceros u otras aleaciones con un contenido muy elevado de carbono o carburo.
Materiales de la técnica anterior
Las aleaciones de cromo-cobalto son resistentes a la corrosión debido a la formación de una capa protectora, presentan buenas propiedades mecánicas, buena resistencia al desgaste y también son biocompatibles. Una de las características especiales de estas aleaciones de CoCr es su elevada resistencia térmica (también conocida como "temperatura roja"). Esto hace posible la utilización de aleaciones basadas en Co a temperaturas más elevadas que, por ejemplo, los aceros rápidos (HSS) que se reblandecen a aproximadamente 560 °C.
Un tipo de aleaciones de CoCr es el grupo de materiales Stellite®. Las aleaciones de Stellite® suelen ser resistentes al desgaste y duras, lo que da como resultado muy buenas propiedades para aplicaciones de alto desgaste.
Las aleaciones denominadas "Stellites" se inventaron en EE.UU. a principios de 1900 y son un grupo de materiales de C0-Cr con elevadas cantidades de W, Mo y otros elementos. Estas aleaciones presentan una combinación de resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, y se ha demostrado durante muchos años que funcionan muy bien en cuchillos, herramientas de corte, piezas de desgaste y válvulas, etc. Estas aleaciones generalmente se colocan entre los aceros de alta velocidad (HSS) y carburos cementados (CC) en propiedades tales como resistencia al desgaste y resistencia térmica.
En general, cuanto mayor sea el contenido de carbono, cuantos más carburos haya en el material, más resistencia al desgaste se logra. El gran problema es que este tipo de materiales son muy difíciles, o incluso imposibles, de mecanizar. Por tanto, estos materiales solo se funden como piezas pequeñas o, de la manera más común, se usan como material de revestimiento o soldadura. De esta manera, es posible evitar tiempos de solidificación prolongados y diferentes que dan como resultado una formación de carburo gruesa y una microestructura no uniforme.
Así, generalmente, los Stellites y otras aleaciones de CoCr con el contenido más elevado de carbono en el mercado se proporcionan principalmente como polvos para pulverización térmica, revestimiento por láser o varillas de soldadura. En pulverización térmica, el material fundido se pulveriza sobre una superficie/sustrato y la fusión se lleva a cabo mediante un arco, plasma o llama de combustión. Hay una diversidad de métodos de revestimiento con diferentes alimentaciones de material, pero el más común emplea polvo metálico que se alimenta a un baño de aleación fundida con láser, donde normalmente una capa delgada (0,05-2 mm) de aleación se funde y solidifica de forma rápida, formándose un material se forma sobre un sustrato en movimiento. El método de revestimiento por láser tiene la ventaja de usar menos energía que los métodos de pulverización térmica y, por tanto, la estructura del grano se vuelve más fina. No obstante, la solidificación muy rápida sobre un sustrato frío provoca grandes tensiones y, por tanto, la gama de materiales que se podrían usar en dicho revestimiento es limitada. El revestimiento de un sustrato con diferentes composiciones también conduce a la dilución de la capa de revestimiento. Otras limitaciones típicas de los métodos de revestimiento es la ausencia de control del proceso de revestimiento en curso. Cuando se reviste la superficie de un sustrato
firme, la necesidad de una alta tenacidad en la capa de revestimiento suele ser menor, ya que está soportada por el sustrato firme y, por tanto, la tenacidad de las aleaciones de revestimiento podría ser menor que si construye un componente más grande como en la presente invención.
Es posible utilizar un polvo de aleación de cromo-cobalto con elevado contenido de carbono para la consolidación en HIP, pero solo es posible producir piezas pequeñas con propiedades mecánicas limitadas. Por ejemplo, se dice específicamente que Stellite 190 PM "no está diseñado para ser una aleación de fundición. Para componentes pequeños de geometría simple que requieren una resistencia extrema a la abrasión y que no están sujetos a golpes mecánicos severos, se pueden fabricar piezas consolidadas con HIP".
Algunos componentes que se calientan durante el uso se deben someter a enfriamiento durante el mismo. Para enfriar los componentes, pueden tener canales de enfriamiento a través de los cuales pueden fluir los medios de enfriamiento. Sin embargo, existe un gran riesgo de que el componente se fisure durante el enfriamiento debido a la baja tenacidad a la fractura. Por tanto, existe una gran brecha en la técnica anterior entre la necesidad de materiales de CoCr con elevado contenido de C con excelentes propiedades mecánicas y térmicas y las composiciones de aleación y métodos de fabricación existentes. La presente solicitud de patente sugiere una solución a esto.
Hoy en día, existen algunos tipos nuevos de aleaciones de CoCr resistentes al desgaste y, en general, estos tipos de aleaciones se relacionan con composiciones en las que el contenido de carbono se ha minimizado y en su lugar aparece la fase lava intermetálica, un ejemplo se llama "Tribaloy" .
Estos tipos de aleaciones basadas en Co se pueden someter a aleación con diversos elementos. En general, hierro, manganeso, níquel y carbono tienden a estabilizar la estructura fcc (centro cúbico de cara) y aumentan la energía de falla de apilad de la matriz, y cromo, molibdeno, tungsteno y silicio estabilizan la estructura hcp (empaquetamiento cerrado hexagonal) y disminuyen la energía de falla de apilado.
Stellites y aleaciones de Co conocidas similares con contenido más elevado de carbono (aprox. >2 % en peso (% en peso)) se presentan en la Figura 1.
El documento EP2361704 divulga un método de formación libre de una aleación que tiene un contenido de carbono de hasta un 3,5 % en peso y en el que la aleación tiene un bajo contenido de oxígeno. No obstante, esta patente no divulga una aleación que tenga la elevada dureza roja de los materiales anteriores basados en Co.
Sumario de la invención
El objeto de la presente invención consiste en solucionar los problemas de la técnica anterior y proporcionar un producto impreso en 3D basado en una aleación basada en cobalto, una aleación basada en cobalto y un método para preparar el producto impreso en 3D que comprende una o más de estas aleaciones. La presente invención proporciona nuevas aleaciones, un nuevo método de impresión 3D y un nuevo producto impreso en 3D que comprende una aleación basada en cobalto con contenido de Cr, W y C para evitar carburos de Cr de gran tamaño, lo que a su vez aumenta la dureza y tenacidad del material a temperatura elevada. La tenacidad aumenta tanto en el sentido de inicio de la fisuración como también en lo que se refiere a la propagación de fisuras. Además, la presente invención proporciona un producto que tiene una microestructura muy fina con carburos pequeños, redondos y distribuidos de manera uniforme que proporciona propiedades de fatiga mejoradas así como una mejor resistencia al choque térmico. Las propiedades mecánicas del material dependen más del tamaño máximo de carburo que del tamaño medio de carburo, ya que es más probable que se produzca una fractura en el sitio del carburo de mayor tamaño. Esta aplicación revela una combinación única de elementos de aleación para facilitar la granulación de polvo de estas aleaciones, lo cual es necesario para la fabricación aditiva. La presente invención soluciona los problemas de tamaño y porosidad reducidos que se observan en los materiales sinterizados y el problema de las limitaciones de complejidad que se observan en los productos de PM-HIP fundidos y con forma casi pura.
Los presentes inventores usan una aleación que facilita la producción a gran escala de polvo prealeado usando atomización de gas, ya que el punto de fusión es lo suficientemente bajo y la aleación no contiene elementos exóticos difíciles de obtener. Además, se ha utilizado una fracción de tamaño de polvo más gruesa que la que se usa normalmente en la impresión 3D.
El complejo equilibrio de diferentes formaciones de carburo, disoluciones de sólidos de matriz (especialmente de W), intervalos de fusión y solidificación resultan muy difíciles de manejar, pero la presente invención de patente soluciona esto adaptando una combinación única de elementos con el presente método.
En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un producto impreso en 3D según la reivindicación 1.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un método para preparar el producto impreso en 3D según la presente invención según la reivindicación 7.
En un tercer aspecto la presente invención se relaciona con un polvo de aleación basado en cobalto según la reivindicación 11.
Todas las realizaciones descritas en la presente memoria resultan aplicables a todos los aspectos de la presente invención a no ser que se afirme lo contrario.
Breve descripción de las figuras
Figura 1, Stellites y aleaciones de Co con elevado contenido de carbono (~2 % en peso y más) de diferentes aleaciones disponibles comercialmente (colada, polvo de PTA, varillas de soldadura) a partir de las especificaciones y la bibliografía. Todos los elementos de la composición están en % en peso.
Figura 2, aleaciones basadas en Co coladas con elevado contenido de carbono con composición específica (% en peso) y dureza a partir de diferentes aleaciones disponibles a nivel comercial. Se han analizado estas aleaciones y los resultados se presentan en la Figura 5.
Figura 3, figura esquemática de una realización del método de la invención.
Figura 4, figura esquemática de una realización del método de la invención.
Figura 5, Aleaciones de Co con alto contenido de carbono coladas analizadas con composición medida (% en peso), dureza y longitud de fisura. La composición se mide mediante análisis de combustión en un laboratorio certificado y la dureza se mide con un dispositivo de indentación Vickers, carga de 2 kg, en superficies de sección transversal pulida y se presenta como promedio de 5 indentaciones también en un laboratorio certificado. La longitud de fisura se mide sometiendo a indentación una punta Vickers de 250 kg, cargando durante 10 segundos, midiendo la fisura formada en cada esquina de la indentación y calculando la suma de longitudes de fisura. La indentación se lleva a cabo 3 veces y se presenta el promedio de las sumas de longitudes de fisura.
Figura 6, imagen SEM de microestructura de Rexalloy 33.
Figura 7, imagen SEM de microestructura de Stellite Star J.
Figura 8, imagen SEM de microestructura de dispositivo de corte de madera Tantung G. Freeborn.
Figura 9, imagen SEM de microestructura de Stellite 2400.
Figura 10, imagen SEM de microestructura de Stellite 98M2.
Figura 11a, Imagen SEM de microestructura de Tantung 144.
Figura 11b, imagen SEM de microestructura de Stellite J.
Figura 12, Microestructura de la aleación de ensayo fundida no. 13 según la invención. Los carburos de WC primarios pequeños (blanco) y los carburos de cromo (gris oscuro) están rodeados por una matriz de CoCr. Esta composición de aleación tiene una combinación sorprendentemente buena de alta dureza y alta tenacidad a este valor bajo de punto de fusión (1500 °C). [SEM, 1000 y 5000 aumentos].
Figura 13, Microestructura de aleación de ensayo fundida no. 17 según la invención. Plaquetas de carburos W (blanco) y Cr (negro) muy finos rodeadas por bordes de únicamente carburos de Cr en la matriz de CoCr. La matriz de CoCr también se aprecia dentro de las plaquetas. [SEM, 1000 y 5000 aumentos]
Figura 14, Microestructura de la aleación 29 impresa en 3D, una aleación disponible a nivel comercial. Generalmente se observa una microestructura muy fina, pero el elevado contenido de Cr (30 %) da como resultado una formación de hileras/varillas de CrC de gran tamaño, de alrededor de 30 μm (negro). [SEM, 2310 aumentos].
Figura 15, Microestructura de la aleación 29 impresa en 3D, una aleación disponible a nivel comercial. Ejemplo logrado en el ensayo de impresión 3D. Se aprecia una microestructura fina y carburos W bien distribuidos formando una red. En esta parte de la aleación, los carburos de Cr son pequeños y están distribuidos en la matriz de CoCr. [SEM, 5000 aumentos].
Figura 16, Microestructura de aleación 29 impresa en 3D, una aleación disponible a nivel comercial. Ejemplo logrado en el ensayo de impresión 3D. El ejemplo muestra los carburos Cr distribuidos (pequeñas hileras/varillas negras) en la matriz CoCr (gris) y los carburos W extremadamente finos que forman una red de esqueleto. Téngase en cuenta que esta "red" no es un carburo W grande, son únicamente muchos carburos W finos (submicrónicos) formados en las fronteras de grano. [SEM, 20000 aumentos].
Figura 17, Microestructura de aleación no. 1 de ensayo de fusión. Esta es una composición disponible a nivel comercial (Stellite 190). Pequeños carburos primarios de WC (blanco) acoplados a carburos de cromo (negro) en una matriz de cromo-cobalto (gris). La microestructura es buena, pero la dureza es relativamente baja (640 HV). Al comparar esta microestructura con la Figura 15, se puede apreciar que la microestructura es mucho más gruesa que en la impresión 3D, esto es especialmente obvio para carburos de Cr. [SEM, 1000 aumentos].
Figura 18, una vista en sección transversal esquemática de una realización de un aparato que puede ser utilizado para preparar el producto impreso en 3D o llevar a cabo el método según la presente invención.
Figura 19, una vista en sección transversal esquemática de otra realización de un aparato que puede ser utilizado para preparar el producto impreso en 3D o llevar a cabo el método según la presente invención.
Figura 20 Imagen SEM. Microestructura típica de MicroMelt 1 después de la impresión en 3D. Las hileras afiladas negras son carburos de cromo, lo que reduce la tenacidad del material. La longitud máxima de este tipo de carburo en la presente imagen es 22 μm, pero también es posible ver la hilera negra extremadamente larga en la imagen. [Muestra pulida con diamante de 1 μm durante 5 min, imagen de QBSD FEG-SEM].
Figura 21 Imagen SEM. Microestructura de MicroMelt 1 después de la impresión en 3D. Las hileras afiladas negras (aproximadamente un máximo de 10 μm de longitud) son carburos de Cr, lo que reduce la tenacidad del material.
[La muestra se pulió con diamante de 1 μm durante 5 min y a continuación se pulió con la técnica Struers OP-S 40 μm SiO2, pH 9,8 durante 10 min, visto en FEG-SEM].
Figura 22 Imagen SEM de una aleación impresa en 3D según la presente invención. La combinación del nuevo método de impresión en 3D y un menor contenido de Cr y mayor contenido de W ha dado como resultado una microestructura muy fina sin hileras de carburo de tamaño grande. En la figura se pueden apreciar carburos blancos ricos en W y carburos grises ricos en Cr, rodeados por la matriz de CoCr. Dureza real de esta muestra = 873 HV2kg. [La muestra se pulió con diamante de 1 μm durante 5 min y a continuación se pulió usando la técnica Struers OP-S 40 μm SiO2, pH 9,8 durante 10 min, visto en FEG-s Em ].
Figura 23 Imagen SEM de una aleación impresa en 3D según la presente invención. Con este mayor aumento, es posible apreciar que el tamaño de carburo es muy pequeño en el intervalo de 1 -2 μm. Los carburos blancos son ricos en W, los carburos grises son ricos en Cr y la matriz circundante es CoCr y trazas inevitables de los elementos circundantes. Dureza real de esta muestra = 873 HV2kg. El carburo más grande que se ve aquí mide alrededor de 2,5 μm de borde a borde (flecha blanca). [La muestra se pulió con diamante de 1 μm durante 5 min y a continuación se pulió usando la técnica Struers OP-S 40 μm SiO2, pH 9,8 durante 10 min, visto en FEG-SEM].
Figura 24 Misma imagen que en la Figura 23, producto según la presente invención con los dos carburos diferentes resaltados: a) carburos ricos en W (blanco) y b) carburos ricos en Cr (gris).
Figura 25 Imagen SEM de una aleación impresa en 3D según la presente invención. Los carburos blancos son ricos en W y los carburos gris oscuro son ricos en Cr, y la matriz circundante es CoCr con trazas de W. (También se aprecian algunas trazas de trituración). [La muestra se pulió con diamante de 1 μm durante 5 min, vista en FEG -SEM].
Figura 26 La misma imagen que en la Figura 25 en la que los carburos ricos en W (secciones blancas de la Figura 25) están marcados y se utilizan para calcular el tamaño y el área de carburo.
Figura 27 La misma imagen que en la Figura 25 en la que los carburos ricos en Cr (secciones grises de la Figura 25) están marcados y se utilizan para calcular el tamaño y el área de carburo.
Figura 28 una foto de una pieza de ensayo compleja e impresa, un cuarto de una encimera de corte de engranajes con canales livianos.
Descripción detallada de la invención
En la presente solicitud, las expresiones impresión tridimensional o impresión en 3D o conformación libre o fabricación aditiva denotan lo mismo y se usan de manera indistinta.
En la presente solicitud, las expresiones "punto de fusión" o "temperatura de fusión" denotan lo mismo y se usan indistintamente e indican el punto de líquido.
La aleación y el producto impreso en 3D
El objetivo de la presente invención es presentar un producto impreso tridimensional (3D) formado por, o que comprende, una aleación basada en cobalto como se define en la reivindicación 1.
La aleación comprende una matriz metálica y granos de carburos intercalados en la matriz metálica. La aleación está basada en cobalto y comprende además cromo, tungsteno y carbono. La aleación es una aleación de cobalto de alto contenido de carbono y alto contenido en tungsteno. Preferentemente, la aleación tiene un contenido de oxígeno muy bajo, preferentemente un contenido de oxígeno igual o inferior a 100 ppm en peso, más preferentemente inferior a 50 ppm en peso. El polvo aleado utilizado para la fabricación aditiva del producto que se define en la reivindicación 11 está en forma de partículas principalmente esféricas en las que el tamaño medio de partícula del polvo es igual o menor que 200 μm. Preferentemente, el tamaño medio de partícula de polvo es igual o mayor que 20 μm e igual o menor que 200 μm. Más preferentemente, el tamaño medio de partícula de polvo es igual o mayor que 40 μm e igual o menor que 150 μm. El polvo de aleación según la presente invención se puede preparar mediante atomización de gas.
En una realización, el contenido de cromo es igual o mayor que un 16 % en peso, preferentemente igual o menor que un 24 % en peso, o igual o menor que un 22 % en peso, o igual o menor que un 20 % en peso, o igual o menor que un 18 % en peso. En otra realización más, el contenido de cromo es igual o mayor que un 19 % en peso e igual o menor que un 22 % en peso.
En una realización, el contenido es igual o mayor que un 20 % en peso, o igual o mayor que un 22 % en peso, o igual o mayor que un 24 % en peso, preferentemente igual o menor que un 29 % en peso, o igual o menor que un 27 % en peso, o igual o menor que un 25 % en peso. En una realización, el contenido es igual o mayor que un 20 % en peso e igual o menor que un 30 % en peso, o igual o mayor que un 21 % en peso e igual o menor que un 29 % en peso.
La cantidad de cromo y tungsteno afecta al punto de fusión. En una realización, la suma de contenido de cromo y tungsteno es igual o menor que un 48 % en peso, o igual o menor que un 46 % en peso, o igual o menor que 44 % en peso. En una realización, la cantidad de tungsteno en % en peso es igual o mayor que la cantidad de cromo en % en peso.
Carbono (C) forma carburos con tungsteno presente en la aleación y estos carburos, a su vez, proporcionan resistencia mecánica y dureza al producto impreso en 3D. En una realización de la presente invención, el contenido de carbono es igual o mayor que un 3,1 % en peso, o igual o mayor que un 3,3 % en peso, o igual o mayor que un 3,5 % en peso, o igual o mayor que un 3,7 % en peso, o igual o mayor que un 3,9 % en peso, pero preferentemente igual o menor que un 4,8 % en peso, o igual o menor que un 4,6 % en peso, o igual o menor que un 4,4 % en peso, o igual o menor que un 4,2 % en peso, o igual o menor que un 4,0 % en peso. En otra realización, el contenido de carbono es de un 3,1 % en peso a un 3,9 % en peso.
En otra realización más, la aleación tiene un contenido de cromo igual o mayor que un 19 % en peso e igual o menor que un 22 % en peso, un contenido de tungsteno igual o mayor que un 20 % en peso e igual o menor que un 22 % en peso, y un contenido de carbono igual o mayor que un 3,7 % en peso e igual o menor que un 4.2 % en peso.
En otra realización más, la aleación tiene un contenido de cromo igual o mayor que un 18 % en peso e igual o menor que un 20 % en peso, un contenido de tungsteno igual o mayor que un 21 % en peso e igual o menor que un 25 % en peso, y un contenido de carbono igual o mayor que un 3,9 % en peso e igual o menor que un 4.3 % en peso, y cobalto de equilibrio.
En otra realización más, la aleación tiene un contenido de cromo igual o mayor que un 19 % en peso e igual o menor que un 21 % en peso, un contenido de tungsteno igual o mayor que un 20 % en peso e igual o menor que un 23 % en peso, y un contenido de carbono igual o mayor que un 3,8 % en peso e igual o menor que un 4,2 % en peso, y cobalto como lastre; y en el que la suma de contenido de cromo y tungsteno (Cr W) es de un 40 a un 43 %, tal como de 41 a 42, y la relación cromo/carbono es de 4,5 a 5,5, tal como de 5,0 a 5,3.
La aleación puede comprender además trazas o impurezas de otros elementos. Estos elementos pueden ser, entre otros, niobio, níquel, manganeso, silicio, molibdeno, boro, tántalo y hierro o una combinación de los mismos. En una realización, la aleación comprende al menos uno de niobio, níquel, manganeso, silicio y hierro. En una realización, la aleación comprende hasta un 3 % en peso de al menos uno de niobio, níquel, manganeso, silicio y hierro. En una realización, la aleación comprende al menos uno de niobio, níquel, manganeso, silicio y hierro en una cantidad igual o mayor que un 0,5 % en peso, o igual o mayor que un 1 %
en peso, o igual o mayor que un 2 % en peso, pero igual o menor que un 3 % en peso. El contenido total de otros elementos tales como niobio, níquel, manganeso, silicio y hierro puede ser de un 1-5 % en peso.
Los componentes de la aleación y la cantidad de los componentes están seleccionados de modo que la temperatura de fusión sea igual o menor que 1750 °C, preferentemente igual o menor que 1600 °C, o igual o menor que 1500 °C. Para optimizar la aleación y las propiedades de producto, la temperatura de fusión de la aleación es preferentemente igual o mayor que 1300 °C, igual o mayor que 1350 °C, igual o mayor que 1400 °C. Una ventaja de utilizar una aleación que tenga una temperatura de fusión menor que 1600 °C es que se pueden utilizar muchas de las técnicas conocidas de pulvimetalurgia que producen fracciones de polvo esféricas para preparar el polvo de aleación de la presente invención.
Una ventaja de la presente invención consiste en que no requiere el uso de aglutinantes o adhesivos orgánicos y, por tanto, el producto impreso en 3D generalmente comprende un contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto que es igual o mayor que un 95 % en peso. En una realización de la invención, el contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto es igual o mayor que un 97 % en peso. Preferentemente, el contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto es igual o superior que un 98 % en peso. Más preferentemente, el contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto es igual o mayor que un 99 % en peso. Lo más preferentemente, el contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto es igual o mayor que un 99,9 % en peso. En una realización de la invención, la cantidad de compuestos orgánicos en el producto impreso en 3D es igual o menor que un 0,1 % en peso. Preferentemente, la cantidad de compuestos orgánicos en el producto impreso en 3D es igual o menor que un 0,05 % en peso. En una realización de la invención, el producto está esencialmente exento de cualquier compuesto orgánico. El carbono del producto se encuentra principalmente en forma de carburos tales como carburos de tungsteno y cromo, pero también pueden estar presentes en la matriz carbono elemental y tungsteno elemental.
Los compuestos metálicos que contienen carburos a veces adolecen de que los carburos forman asociaciones, estructuras dendríticas o reticulares que hacen que el material sea más frágil. Por lo general, en este tipo de aleaciones, especialmente con elevado contenido de cromo (~30 % en peso) and C (~ 2,5 % en peso) o más, Cr forma carburos (como Cr7C3 y Cr23C6, pero también otros tipos estequiométricos). Estos carburos suelen proliferar rápidamente en la etapa de solidificación, lo que da como resultado hileras grandes y largas con dimensiones de 100-1000 μm de tamaño. Véanse las Figuras 6 a 11. Estos carburos de gran tamaño y con forma estrecha dan como resultado una concentración de la tensión y reducen la tenacidad a la fractura a escala macroscópica, el choque térmico y la resistencia a la fatiga del material. Por tanto, una de las ventajas de la presente invención es que el producto 3D contiene granos de carburo o partículas que, en general, son más pequeñas que las que se encuentran en la técnica anterior y están bien dispersadas en la matriz. Esto se logra, por un lado, reduciendo el contenido de Cr y por otro, utilizando la tecnología de fabricación aditiva para garantizar una tasa de solidificación muy rápida.
La aleación multifase comprende una matriz principalmente de cobalto pero también de cromo, tungsteno y carbono. Hay carburos de cromo y tungsteno, de tipo CrC y WC, presentes en la matriz. Los carburos de cromo pueden rodear a los carburos de tungsteno que, a su vez, están rodeados por la matriz.
Una ventaja de la presente invención consiste en el logro de propiedades mecánicas mejoradas del producto impreso en 3D. La dureza del producto, después de HIP, puede ser de al menos 700 hV , tal como al menos 750 HV, o al menos 800 HV, o al menos 850 HV, o al menos 870 HV. En una realización, la dureza es 800-950 HV o 850-900 HV. El proceso HIP se llevó a cabo manteniendo el producto a 1120-1160 °C durante 3 horas a 1000 bar (100 MPa). En una realización, la dureza antes de HIP es 970-1000 HV2kg. La dureza se determinó utilizando una indentación de Vickers de 2 kg, según la norma SS-EN ISO 6507. Además, la tenacidad a la fractura medida como longitud total de fisura, es decir, la suma de hasta cuatro fisuras formadas en las esquinas de la indentación con forma de diamante usando una indentación Vickers de 250 kg a temperatura ambiente, es muy elevada y la longitud de fisura puede ser tan corta como 350 μm o menos, o 300 μm o menos, o 250 μm o menos, o 150 μm o menos, o 100 μm o menos, o 50 μm o menos, o 30 μm o menos, o 10 μm o menos. En una realización no se formaron grietas. La longitud de la fisura se determinó utilizando el método de tenacidad a la fractura de Palmqvist pero con una carga mayor (250 kg) y únicamente se presenta en la presente memoria como la suma de las longitudes de fisura, no como un valor K1c. La indentación se lleva a cabo tres veces y en tres lugares diferentes de la muestra y se presenta el promedio de las sumas de las longitudes de fisura. El motivo para usar una carga más alta es que con cargas más bajas a menudo no se forman fisuras y, por tanto, no es posible obtener ningún valor para la tenacidad.
Los ensayos de indentación de longitud de fisura se llevaron a cabo en muestras de sección transversal, trituradas y pulidas en etapas hasta una suspensión de diamante de 1 μm de la misma manera que con la norma de dureza ASTM E384-16. Muchas de las aleaciones o productos según la presente invención no forman fisuras en absoluto durante los ensayos. No obstante, la tenacidad a la fractura a temperatura elevada, tal como 750 °C o 800 °C, resulta muy difícil de medir, pero es bien sabido que el inicio de fisuración se produce en el punto de máxima tensión que viene establecido por el mayor "error" o "imperfección" del material En
aleaciones tales como las descritas en la presente invención, este "error" o "imperfección" más grande es el carburo de mayor tamaño.
Sin pretender quedar ligado a teoría alguna, se piensa que las propiedades mecánicas de la presente invención son el resultado de la microestructura fina del producto. El producto impreso en 3D está esencialmente exento de estructuras dendríticas de granos de carburo y, en lugar de ello, los carburos son esencialmente esféricos o redondos. Los granos de carburo son de tamaño pequeño y están distribuidos uniformemente dentro de la matriz como se aprecia en las figuras. La aleación del producto endurecido impreso en 3D normalmente no comprende ningún carburo o comprende muy pocos carburos con un tamaño igual o mayor que 10 μm. En una realización, el tamaño máximo de carburo es 5 μm. Aun así, la cantidad total de carburos en el material impreso es muy elevada, al menos un 50 % del área, o al menos un 60 % en volumen, o al menos un 65 % en volumen. En una realización, la cantidad total de carburos es de un 65-70 % en volumen, tal como aproximadamente un 68 % en volumen. La cantidad total de carburos en la muestra se determina usando SEM. Se selecciona una superficie de muestra que se considera representativa del producto. El borde de cada carburo está marcado y a partir del mismo se calcula el área total de carburo utilizando cualquier software adecuado. Las Figuras 25 27 muestra un ejemplo en el que se han marcado los bordes de carburo. A continuación, la fracción en volumen del carburo se traduce a partir del área calculada. El área promedio de los carburos puede ser de 5μm2 o menos, tal como 3μm2 o menos. En estas figuras, las áreas de carburo y el tamaño no se calculan ya que resulta difícil verlas.
La presente invención no solo facilita la preparación de productos y componentes que tienen propiedades mecánicas mejoradas, sino que también permite preparar productos con formas y formas tridimensionales avanzadas o complejas. El producto puede comprender cavidades, canales u orificios y el producto puede tener partes curvadas o formas en espiral. Estos perfiles o formas se preparan sin ninguna retirada de la aleación aparte de cualesquiera tratamientos posteriores opcionales. Las cavidades, orificios o canales pueden ser curvados, es decir que sus superficies pueden ser curvadas, helicoidales o espirales o similares. En algunas realizaciones, el producto contiene cavidades que están selladas o tienen una abertura en la que el diámetro o anchura de la abertura es menor que el diámetro o anchura de la cavidad subyacente. El producto puede ser una herramienta de corte, tal como un dispositivo de corte de fresa, fresadora, dispositivo de corte eléctrica, taladro, herramienta de fresado, etc., o una herramienta de conformación, tal como un cabezal de extrusión, matriz de trefilado, rodillo de laminación en caliente, etc., o componentes de desgaste tales como componentes de bombas o válvulas, anillos deslizantes o cojinetes de rodillos, etc.
El método
Los productos según la presente invención se preparan mediante impresión tridimensional (también conocida como fabricación aditiva, conformación libre) de un polvo de aleación. El método utiliza un aparato de conformación libre (una impresora 3D o una máquina de Fabricación Aditiva) que tiene una cámara en la que se dispone el polvo. El método de conformación libre comprende formar una capa de un polvo de una aleación en un entorno de bajo contenido de oxígeno en la cámara tal como se define a continuación. Un aparato de conformación libre apropiado es un aparato de haz de electrones (EBM) de Arcam tal como ARCAM A2X. La aleación comprende carbono, tungsteno, molibdeno y cobalto en las cantidades anteriormente descritas y la elección de la aleación depende de las propiedades deseadas del producto final. El contenido de oxígeno y otras impurezas en el reactor debe ser lo más bajo posible, tal como igual o menor que 10 ppm (correspondiente a un grado de pureza de gas 5), o igual o menor que 1 ppm (correspondiente a un grado de pureza de gas 6) y el ambiente en el reactor puede comprender gases inertes tales como argón o helio. También puede haber un vacío en el reactor, en el que la presión en el reactor puede ser de 1 x 10-4 mBar (0,01 Pa) o menos, o 1 x 10-3 mBar (0,1 Pa) o menos. En una realización, la presión inicial en el reactor es de aproximadamente 1-10 * 10-5 mBar (1-1* 10-3 Pa) y a continuación se añade un gas inerte tal como helio o argón para aumentar la presión a 1-5*10-3 mBar (0,1 -0,5 Pa). A continuación, el polvo se funde localmente exponiéndolo a un haz de energía durante un período de tiempo suficiente para provocar su fusión. El haz de energía puede ser un haz de láser o un haz de electrones. Con el haz se hace un barrido a través del polvo adoptando un patrón. La duración del barrido puede oscilar entre segundos y minutos, según la aleación y el tamaño de partícula del polvo. A continuación se permite que el polvo fundido se solidifique al menos parcialmente en una aleación metálica de multifase. Posteriormente se puede aplicar otra capa de polvo sobre la aleación solidificada.
Para evitar la formación de fisuras en el producto el producto se mantiene a temperatura elevada durante la impresión o formación del producto impreso en 3D. La formación de fisuras probablemente se deba a una combinación de mayores tensiones internas y mayor fragilidad de material a temperaturas más bajas. El aumento de las tensiones internas está provocado por los cambios de volumen en las transformaciones de fase. Una de esas transformaciones sucede a alrededor de, por ejemplo, 430 °C, donde fcc se transforma en hcp, pero también hay otras transformaciones de fase a temperaturas más altas. Por ejemplo, la placa o la mesa de trabajo sobre la que se construye el producto puede comprender un dispositivo de calentamiento. Por tanto, el producto impreso en 3D puede tener un gradiente de temperatura durante la construcción del producto, pero la temperatura más baja de producto o la temperatura de la placa o la mesa sobre la que se construye el producto durante el proceso de construcción es preferentemente de 300 °C o más, o 400 °C o más, o 500 °C
o más, o 550 °C o más, o 600 °C o más, o 700 °C o más, o 800 °C o más, o 900 °C o más, pero menor que la temperatura de fusión de la aleación, pero normalmente no mayor que 1100 °C, o 1000 °C o menos.
La Figura 3 ilustra un diagrama de flujo de las etapas de una realización de un método según la presente invención para preparar una capa. El método de fabricación de un material de multifase metálico comienza en la etapa 200. En la etapa 210 se proporciona un material en polvo de un material multifase metálico inicial. A continuación, la plataforma de construcción se calienta mediante un haz de detección o mediante otra etapa 215 del método de calentamiento externo. El material de multifase metálico inicial comprende una matriz metálica en la que están intercalados los carburos. Antes de comenzar el procesado, se elimina el oxígeno del entorno y el soporte de construcción se precalienta 215. El polvo del material de multifase metálico inicial se coloca en la etapa 220 en un entorno de bajo contenido de oxígeno tal como se ha definido con anterioridad. Preferentemente, el polvo del material de multifase metálico inicial se precalienta primero en dos etapas 225 para mantener la temperatura y a continuación se funde localmente en una primera parte de la etapa 230. En la etapa 240, se solidifica el material de multifase metálico final. El método concluye en la etapa 299.
La Figura 4 ilustra un diagrama de flujo de las etapas de otra realización de un método para producir un producto 3-D según la presente invención. El método para la fabricación de un material de multifase metálico comienza en la etapa 200. Preferentemente se lleva a cabo un precalentamiento continuo del lecho de polvo metálico en dos etapas 225, PreHeat1 y PreHeat2, donde el PreHeat1 se lleva a cabo en todo el área de placa de construcción con un haz de energía (con un haz de energía de, por ejemplo, 42 mA y repetido de 10 veces), y el PreHeat2 se lleva a cabo en y cerca del área de la siguiente zona de fusión prevista (por ejemplo, con una energía de haz de 47 mA, repetido de 6 veces). La finalidad de las etapas de precalentamiento consiste en mantener la temperatura elevada de la construcción y a continuación sinterizar el polvo recién añadido a la capa subyacente. El método comprende todas las etapas 210, 215, 220, 225, 230 y 240 para la fabricación de un material de multifase metálica de la Figura 3. La etapa 220 comprende en la presente realización una etapa 221 en la que se proporciona una capa fina del material de multifase metálico inicial en un entorno de bajo contenido en oxígeno como se ha descrito con anterioridad. Preferentemente, el proceso se repite desde la etapa 220 como viene indicado por la flecha discontinua 260 hasta que se logra el objeto completo y el método concluye en la etapa 299.
La ventaja de usar EBM en comparación con el láser consiste en que se pueden preparar capas de polvo más gruesas y se pueden usar polvos con partículas más grandes.
La proliferación de carburos tiene lugar durante la solidificación del material fundido y, para limitar el tamaño de los carburos, es preciso limitar el tiempo de proliferación. El tiempo de solidificación se ve afectado principalmente por la tasa de difusión de calor, el calor de solidificación y la distancia de difusión de calor. La tasa de solidificación en las técnicas de colada tradicionales se puede mejorar enfriando el material fundido utilizando cualquier técnica adecuada, tal como colada en moldes refractarios altamente enfriados o para colar detalles más pequeños. Además, en las técnicas de revestimiento existentes de la técnica anterior, la velocidad de enfriamiento también es elevada, pero no suficientemente alta como para evitar la proliferación de carburos o para recibir un material completamente denso, como se muestra en la parte del estudio de mercado de la técnica anterior.
Sin embargo, la presente aleación y el presente método generan un baño de fusión (un baño de aleación fundida) durante la impresión 3D que tiene un diámetro igual o menor que 2 mm, normalmente igual o menor que 1 mm, o igual o menor que 0,5 mm, o igual o menor que 0,25 mm. Un baño de fusión más pequeño tiene como resultado tiempos de solidificación más cortos y, de este modo, carburos más pequeños, y en la presente invención el tamaño del baño de fusión es muchas veces más pequeño y se enfría mucho más rápidamente que en las técnicas tradicionales. La presente invención también tiene como resultado la posibilidad de producir componentes de gran tamaño. Por ejemplo, el presente método permite la preparación de componentes o productos que tienen un peso de 1 kg o más.
La superficie de la aleación de cobalto de multifase impresa en 3D obtenida tiene una superficie rugosa y los productos impresos en 3D pueden tener algunos residuos de polvo en la superficie. Por tanto, el método puede comprender además un tratamiento posterior que puede implicar calentamiento o tratamiento superficial. El tratamiento térmico puede aumentar aún más las propiedades mecánicas del producto. No obstante, debido a las propiedades mecánicas mejoradas de los productos impresos en 3D de la presente invención, en general no es necesario tratarlos térmicamente para obtener las propiedades mecánicas necesarias. El método puede comprender además una etapa que comprende el acabado de la superficie del producto obtenido mediante trituración, mecanizado por descarga de electrones (EDM), pulido o cualquier otro método adecuado. Dicho tratamiento superficial se puede usar, por ejemplo, para proporcionar un acabado más bonito, bordes afilados y superficies lisas. El producto impreso en 3D de aleación de cobalto de multifase también se puede tratar térmicamente como se ha descrito anteriormente y seguido de un tratamiento superficial tal como EDM.
La Figura 18 describe una realización de una configuración de una disposición de máquina 99 adecuada para producir componentes u objetos en este nuevo material. La disposición de máquina 99 comprende una mesa
de trabajo 1 ajustable, móvil verticalmente y colocada dentro de un recipiente 2. La posición vertical de la mesa de trabajo 1 se puede ajustar de manera fina entre una altura mínima y máxima y normalmente se ajusta mediante un tornillo 3 y una tuerca 4 de tornillo u otros medios de accionamiento. Se dispone un recipiente 18 que contiene polvo para añadir polvo a la parte superior de la construcción actual. Un rastrillo 5 de polvo está dispuesto para ser móvil, como indica la flecha 14, de un lado a otro en una tolva 6 sobre la mesa 1 de trabajo. El contenedor 18 que contiene polvo comprende polvo de un material multifase metálico inicial. Durante el movimiento del rastrillo 5 de polvo, el rastrillo 5 de polvo distribuye el polvo de metal en una capa 7 de polvo de metal encima de cualquier estructura presente en la mesa 1 de trabajo.
Una fuente 9 de haz de energía, por ejemplo, un láser o pistola de electrones, genera un haz de energía 8 con elevada densidad de energía. El haz de energía 8 puede ser, por ejemplo, un haz de láser o un haz de electrones o una combinación de los mismos. Una unidad 10 de control de haz enfoca y posiciona el haz de energía 8 sobre un punto 15 particular en la parte superior de las capas de polvo 7. Un ordenador de control (no mostrado en la Figura 18) controla la mesa de trabajo 1, el movimiento y la distribución de polvo por medio del rastrillo de polvo 5, el haz de energía 8 y la unidad 10 de control de haz. El ordenador de control puede hacer que, como indica la flecha 16, el punto 15 se mueva sobre la superficie de las capas 7 de polvo metálico. La fusión y posterior solidificación del material de multifase metálico inicial enfocado se repiten, de este modo, para partes adicionales del material de multifase metálico inicial de la capa de polvo 7. Al mismo tiempo, la densidad de energía y el foco del haz de energía 8 se pueden variar según se desee. El haz de energía 8 está destinado a provocar la fusión local del polvo metálico 7 en el punto 15, y cuando el haz de energía 8 se mueve sobre la superficie, se prepara sucesivamente un componente sólido 11 (o una pluralidad de componentes) formado por el material de multifase metálico fundido y solidificado. El ordenador de control tiene información sobre la dimensión y geometría del (de los) componente(s) 11 en construcción. Preferentemente, éste se encuentra en forma de rebanadas, cada una de las cuales tiene un espesor que corresponde al espesor de una capa de polvo y, para cada capa de polvo, el ordenador controla el calentamiento/fusión del haz de energía en función de la información relacionada con la rebanada real que se está formando. Cuando todas las partes de la superficie del polvo metálico 7 actual que deben integrarse en el objeto que se va a fabricar se han fundido y solidificado y, de este modo, se han unido para formar el cuerpo común del componente 11 producido, la plataforma de construcción se baja y el recipiente 18 que contiene el polvo libera nuevo material de multifase metálico inicial y el rastrillo de polvo 5 se mueve de nuevo sobre la mesa de trabajo 1, distribuyendo una nueva capa de polvo metálico. La fusión y solidificación local se reitera sobre la nueva capa de material de multifase metálico inicial dispuesta sobre el cuerpo común. Otras reiteraciones de esta fusión y solidificación local tienen como resultado la formación de un objeto o componente tridimensional 11.
En una realización alternativa, el movimiento del haz de energía se podría lograr por medios mecánicos, preferentemente controlados por un ordenador de control.
La temperatura del componente es importante, tal como se ha indicado con anterioridad. Durante el tiempo principal de fabricación, cada parte del componente se debe mantener a una temperatura suficientemente baja para mejorar la conducción de calor lejos de la masa fundida y, de este modo, aumentar la velocidad de solidificación. No obstante, para lograr una buena adhesión del material fundido al cuerpo tridimensional común, la temperatura no debe ser demasiado fría. La temperatura de un cuerpo en construcción se debe mantener en un valor elevado, tal como se ha mencionado anteriormente, por ejemplo, mayor que 300 °C o preferetemente mayor que 430 °C. Dichos parámetros para una temperatura optimizada dependen en gran medida de una serie de factores, pero en la presente invención la temperatura se debe mantener elevada para evitar fisuras. Se puede obtener una temperatura de sustrato más elevada, al menos en la superficie, mediante la detección del haz de energía sobre la superficie de las capas de polvo para precalentar el polvo, antes de que tenga lugar la fusión local real tal como se ha descrito con anterioridad. Esta etapa se puede combinar con el calentamiento de la mesa de trabajo. De manera similar, enfriando la mesa de trabajo se puede lograr una temperatura más baja de sustrato. Por tanto, el material de multifase metálico final se puede enfriar in situ al menos durante la etapa de solidificación que sigue a la etapa de fusión local.
La Figura 19 muestra otra realización de una disposición de máquina 99 adecuada para la fabricación según la presente invención. En la presente realización, los detalles prefabricados 11A se colocan sobre la mesa de trabajo 1. Los detalles prefabricados 11A pueden consistir en un material base de cualquier tipo fabricado en otro proceso, pueden consistir en un material base con otra composición, o también pueden consistir por ejemplo, en una herramienta gastada que precisa reconstrucción. En esta realización, los detalles prefabricados 11A se colocan sobre la mesa de trabajo antes de que comience el proceso de impresión en 3D y se llena el interior de la tolva hasta el nivel del primer punto en el que se añade material nuevo, generalmente el polvo metálico. A continuación, se añade el nuevo material 11B en la parte superior del sustrato ya existente. En otras palabras, el polvo se dispone encima de un objeto de soporte sólido prefabricado, en el que el cuerpo común producido se une a este objeto de soporte. Este objeto de soporte podría ser, por ejemplo, un objeto que precisa reparación. En dicha realización, el ordenador de control podría estar provisto de detalles de la posición y los parámetros de material del detalle prefabricado 11A.
Las realizaciones de las Figuras 18 y 19 también pueden utilizar las mismas técnicas para formar componentes con superficies negativas. La superficie negativa se caracteriza porque una superficie normal se dirige hacia abajo en un volumen por debajo de la superficie que no comprende el mismo material que el construido en el componente 11, es decir, generalmente polvo metálico no fundido. Se muestra la mesa de trabajo 1, con un componente 11 en construcción sobre la misma. Este componente 11 tiene una superficie negativa 21. El método para crear dichas superficies negativas incluye un procedimiento en el que el área sobre la que se mueve el haz de energía para una iteración abarca posiciones horizontales que no están cubiertas por el área correspondiente de una iteración anterior. De esta manera se puede crear cualquier forma de una superficie externa. La posibilidad de crear superficies negativas permite la fabricación de detalles que tienen superficies conformadas con direcciones normales de superficie que difieren en más de 180 grados.
Por tanto, los orificios y los canales se pueden conformar con éxito mediante esta técnica. El componente 11 de la presente realización comprende un canal interno 22. El canal se forma adaptando sucesivamente el área en la que se funde el polvo para construir una superficie 23 positiva curvada. El canal 22 se cubre a continuación con una superficie 24 negativa curvada. Dichos canales se pueden usar de manera ventajosa, por ejemplo, para transportar medios de enfriamiento o calentamiento en el objeto durante el uso final. El producto o componente puede tener una cavidad o canal y la cavidad puede estar sellada o puede presentar una abertura con un diámetro menor que el diámetro del sellado. El ángulo del canal curvado puede ser mayor que 15°, mayor que 30° o mayor que 45°.
Cuando se usa la técnica descrita para construir el nuevo material, también resulta obvio que la técnica permite la construcción de diversos componentes (del mismo tipo o de diferentes tipos) en la misma cámara durante la misma operación. Únicamente es necesario proporcionar al ordenador de control la información necesaria para determinar dónde construir el objeto, y resulta obvio que el objeto puede ser de componente individual o parte de uno de diversos componentes individuales.
En un ejemplo típico no limitante que se muestra en la Figura 19, la corriente del haz de fusión en el área sombreada se varía de forma automática y continua por medio de la máquina para satisfacer el equilibrio de calor automático en la construcción real. La configuración máxima es generalmente de 25-30 mA, tal como 28 mA. En el área sombreada, la compensación de enfoque se puede establecer en 8-12 mA, tal como 10 mA, y la máquina también varía de forma continua la velocidad de fusión para satisfacer las diferentes demandas de calentamiento en cada punto de la construcción (que puede depender, por ejemplo, de si el punto está próximo a un borde, superficies negativas, etc.).
Ejemplos
Ejemplo 1
Estudio de mercado de la técnica anterior
Con el fin de determinar el contenido de aleación y la microestructura del grupo de aleaciones de cromo-cobalto con alto contenido en carbono, convencionales y comercialmente disponibles, se llevó un análisis de mercado, en el que se analizó la composición y microestructura de diversas piezas de material real, véase la Figura 5.
Téngase en cuenta que la especificación de análisis Tantung que se muestra en la Figura 2 es extremadamente amplia: dos aleaciones con un 2 % en peso y un 4 % en peso de C son extremadamente diferentes en casi todas las propiedades mecánicas. Se supone que esto es el resultado de las técnicas de colada tradicionales, en las que el contenido no se puede controlar con mucha precisión y, por tanto, se desconocen las propiedades de todas las combinaciones de aleación en la presente especificación amplia. Además, como se muestra aquí, en ningún caso el contenido de C es tan elevado como la cantidad máxima especificada en la Figura 2.
Un resultado importante, visto en la Figura 5, es que el contenido real de carbono en estos tipos de aleaciones fundidas es generalmente de un 2,45 % en peso o menor. Esta es una gran diferencia con respecto al contenido de carbono especificado como se aprecia en la Figura 2.
También se puede apreciar que la dureza de este tipo de aleaciones está entre 640 HV2kg y 855 HV2kg (aproximadamente 57 y 66 h Rc respectivamente), siendo el máximo de 855 HV2kg para la aleación Stellite 98M2 que tiene una adición relativamente grande (aproximadamente un 4 %) de Ni. Además, Blackalloy 525 tiene 845HV2kg (aprox. 65 HRC) y una cantidad elevada correspondiente de Nb. No obstante, una de las aleaciones Tantung G también tiene un 2,6 % de Nb, pero únicamente 640 HV. Esto demuestra que la microestructura es, como es bien sabido, importante para la dureza resultante. Por lo general, se usa Nb (y, de manera similar, Ta) para aumentar la resistencia a la rotura por tensión a través del fortalecimiento por dispersión en este tipo de aleaciones.
Con respecto a la dureza, el usuario de estos materiales generalmente lee HRC, dureza Rockwell. Sin embargo, en la región superior de esta dureza (aprox. 69-70 HRC) ya no es posible utilizar un dispositivo de
indentación Rockwell. Por tanto, se ha utilizado un dispositivo de indentación Vickers en toda la región de dureza de la presente invención. Y, a modo de comparación, se puede decir como recomendación que una dureza de 600 HV2kg es aproximadamente igual a 55 Rockwell C (HRC), 700 HV2kg es aproximadamente 60 HRC, 800 HV2kg es aproximadamente 64 HRC, 900 HV2kg es aproximadamente 67 HRC y 1000 HV2kg es aproximadamente 69 HRC, aunque no es posible usar un dispositivo de indentación Rockwell en todo el intervalo de dureza en el enfoque de la presente invención. Además, cuando se mide la dureza con dispositivos de indentación Vickers, el uso de diferentes cargas de indentación también afecta los resultados en este tipo de materiales con una matriz más blanda y carburos más duros.
Además, se llevó a cabo una medición de tenacidad a la fractura en estos materiales. Esta medición se llevó a cabo mediante indentación de una punta Vickers con una carga de 250 kg en una superficie pulida de tres muestras y a continuación midiendo la longitud de fisura en las cuatro esquinas de indentación en el SEM, lo que tuvo como resultado una suma de la longitud de fisura. La suma promedio de las longitudes de fisura también se muestra en la Figura 5. Se puede apreciar que, para algunas de las aleaciones existentes, las longitudes de fisura son muy cortas, lo que indica una elevada tenacidad. No obstante, las microestructuras de las mismas aleaciones indican carburos de cromo de gran tamaño (los ejemplos se muestran a continuación), y en estos tipos de ensayos de indentación no se miden la resistencia real a la fatiga y la resistencia al choque térmico. Estos tipos de aleaciones son más sensibles al choque térmico que las aleaciones de CoCr de bajo contenido en carbono y PM-HSS. Una herramienta fundida de CoCr que esté muy caliente no debe enfriarse demasiado rápido; si lo hace, se romperá, por lo que se recomienda enfriar dicha herramienta en el aire, no con agua o como se indica "Nunca enfríe las herramientas Tantung en agua". Esto también es el resultado de los carburos de cromo de gran tamaño y mal dispersados.
Estas aleaciones de Co con elevado contenido de carbono tienen todas una microestructura en la que los carburos de cromo son de tamaño muy grande y esto normalmente tiene como resultado una microestructura con baja tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga. En las figuras mencionadas a continuación se muestran cinco ejemplos. En las imágenes, las áreas negras son diferentes carburos de cromo, las áreas blancas son formaciones de carburo de tungsteno y las áreas grises son matrices de cobalto-cromo. La matriz de CoCr también contiene trazas de W y C, lo que aumenta su resistencia.
Las Figuras 6 a 11 divulgan la microestructura de las aleaciones de la técnica anterior.
Desarrollo de una nueva aleación apta para impresión 3D
Se obtuvieron mapas de las sorprendentemente buenas propiedades de las nuevas aleaciones de la presente invención en la presente solicitud de patente, llevando a cabo una gran cantidad de ensayos de fusión en combinación con la impresión 3D de una aleación existente. El objetivo era utilizar una composición basada en Co con un punto de fusión bastante bajo, con los principales elementos de aleación Cr, W y un elevado contenido de C, para lograr una elevada dureza y tenacidad, y una microestructura muy fina. Además, en los ensayos también se utilizaron otros elementos de adición tales como Mn, Ni, Nb, Si y Fe. Las composiciones y los resultados de los ensayos se presentan en la Tabla 1 en combinación con algunos materiales de referencia.
Los ensayos de fusión se llevaron a cabo mezclando los elementos de las aleaciones deseadas en forma de polvo y fundiéndolos mediante inducción. El horno de laboratorio tenía una cámara de vacío con una presión de 350 torr (aproximadamente 460 mBar, 46 kPa) y se lavó con gas de argón durante el bombeo para que el argón estuviera presente en la cámara durante la fusión de la muestra. A continuación, las muestras se analizaron en secciones transversales pulidas con una indentación de dureza Vickers de 2 kg según SS-EN ISO 6507, la medición de longitud de fisura mediante una indentación Vickers de 250 kg, y la microestructura se analizó mediante microscopía óptica de luz y microscopía electrónica de barrido en muestras pulidas. Se usó la medición de longitud de fisura únicamente para la obtención del mapa inicial de tenacidad, el inicio de la fisura, de las aleaciones investigadas, ya que no es una medición muy buena ni precisa de la propagación de fisura. En cambio, se usó la microestructura como medición de calidad de resistencia a la fatiga y al choque térmico.
Las muestras de ensayo de fusión también se comparan con dos carburos cementados y una aleación de cromo-cobalto de elevado contenido de carbono impresa en 3D, ya que es bien sabido que los carburos cementados tienen elevada dureza en caliente pero son quebradizos y resultan difíciles de fabricar.
Tabla 1. Ensayos de fusión de aleaciones basadas en Co donde los contenidos están en % en peso. CC = muestras de referencia de carburo cementado de un actor comercial, Sandvik. La composición de la aleación no. 1 es Stellite 190, no. 2 es Tantung G y no. 3 es Toolmetal. Las Aleaciones no. 4-24 son composiciones calculadas termodinámicamente con puntos de fusión de aproximadamente 1500 °C, excepto el núm. 21 con un punto de fusión de 1600° C. El No. 30 es un ensayo impreso en 3D preparado con un polvo MicroMelt 1 (de Carpenter). La CC11 es una calidad multiuso de carburo cementado tenaz y la CC25 es una calidad de carburo cementado extremadamente tenaz para herramientas de conformación en frío.
La matriz de ensayo de la Tabla 1 muestra una serie de resultados interesantes. En las Figuras 11-13 se muestran algunos ejemplos interesantes de microestructura. Se debe apuntar que las muestras que tienen microestructura heterogénea exhiben diferentes propiedades mecánicas según el lugar de la muestra en el que se lleve a cabo el ensayo. Por ejemplo la aleación no. 29 tiene muchas hileras de carburo de cromo de 20-30 |jm en algunas secciones, pero ninguna o pocas hileras en otras secciones.
La aleación 3 en la tabla 1 tiene una composición muy similar a Rexalloy en la Figura 5. La longitud de grieta medida de la pieza acabada de Rexalloy de la Figura 5 es 0 jm , que es extremadamente baja. Las mismas aleaciones elaboradas en el ensayo de fusión tuvieron una longitud de fisura de 560 jm (Tabla 1). Esto indica que las aleaciones con longitudes de fisura alrededor de este valor son susceptibles de tener una buena tenacidad.
Para comprender las posibilidades de impresión 3D de las aleaciones de CoCr, se llevó a cabo una impresión 3D usando un polvo comercial existente, MicroMelt 1 (según la especificación, n° 29 de la Tabla 1). Para estar seguros de la composición real, la aleación se analizó después de la impresión 3D. Además, se usó la composición de aleación bastante similar para Stellite 190 en la aleación de ensayo de fusión n.° 1. Estas tres composiciones diferentes se presentan en la Tabla 2. Se preparó la aleación de ensayo de fusión n.° 1 como se ha descrito anteriormente y se imprimió en 3D la aleación n.° 29 como se describe a continuación. El resultado de la microestructura en el ensayo de fusión n° 1 (Figura 11) es mucho más gruesa que el del material impreso en 3D (Figura 15). No obstante, en el material impreso en 3D de la presente invención, por ejemplo, como se aprecia en la aleación 29, se pueden encontrar hileras o varillas de carburo de cromo con tamaños máximos de 50 μm o más (Figura 14). En los ensayos de fusión, para un material similar al utilizado en el ensayo 3D, el tamaño máximo de carburo en el material solidificado fue de 30 μm.
La aleación basada en Co impresa en 3D n° 29 en la Tabla 1 se procesó en una máquina de impresión en 3D de haz de electrones, una Arcam A2X, con una temperatura inicial de la placa de construcción de 920 °C. El espesor de la capa de polvo fue de 100 μm y la cámara de vacío tenía una presión promedio de aproximadamente 0,003 mBar (0,3 Pa) con adición de helio convencional. El polvo utilizado tenía la composición especificada y una fracción de tamaño de polvo de 45-125 μm. El precalentamiento continuo del lecho de polvo metálico se lleva a cabo en dos etapas, PreHeat1 y PreHeat2, en las que PreHeat1 se lleva a cabo en todo el área de placa de construcción con una energía de haz de 42 mA, repetido 10 veces, y PreHeat2 se lleva a cabo en y cerca del área de la siguiente zona de fusión prevista con una energía de haz de 47 mA, repetido 6 veces. Estos ajustes conducen a una elevada temperatura de construcción durante toda la construcción. Los ajustes en los parámetros de fusión están cerca de los valores convencionales en ese momento para el tema de aleación Arcam CoCr versión 5.0.60 existente, pero se ajustaron para adaptarse a la geometría de ensayo real según las recomendaciones convencionales de Arcam.
Tabla 2. Composiciones de aleación (especificadas y medidas) en el ensayo de impresión 3D de un polvo de CoCr existente (A y B). En comparación, la composición de la aleación Stellite 190 en el ensayo de fusión n.° 1 también se muestra aquí (C). Se puede apreciar que MicroMelt 1 y Stellite 190 tienen una composición bastante similar.
El resultado de la impresión 3D es muy interesante y muestra que es posible lograr una microestructura extremadamente fina en la aleación fabricada utilizando el presente método, véanse las Figuras 13 a 16. No obstante, el elevado contenido de cromo en esta aleación disponible comercialmente (Micromelt 1) aún tiene como resultado hileras o varillas largas de carburo de cromo que ponen en peligro las propiedades mecánicas del producto, tales como tenacidad a la fractura, choque térmico y resistencia a la fatiga. Estas son propiedades del material que dependen de un mínimo de concentraciones de tensión dentro del material a granel.
Para comprender las similitudes entre los resultados de los ensayos de fusión y el método de impresión 3D, se utilizó una aleación de ensayo no. 1 de composición similar (C) y se compara con ensayo de impresión 3D de polvo de PTA (A y B). La microestructura lograda de esta composición en los ensayos de fusión se muestra en la Figura 17. Se puede apreciar que la microestructura es un poco más gruesa en el ensayo 1 que en la impresión 3D, esto resulta especialmente obvio para los carburos de Cr.
Basándose en el análisis de mercado y los ensayos presentados, los inventores han demostrado lo siguiente:
• Parece ventajoso imprimir en 3D aleaciones basadas en cobalto de elevado contenido en carbono, ya que se puede lograr una microestructura sorprendentemente fina en combinación con elevada dureza y tenacidad. Se piensa que se evita o al menos se minimiza la formación de grandes hileras de carburo de cromo.
• Existe un límite en cuanto a la cantidad de Cr que resulta ventajoso tener en este tipo de aleaciones, y el límite es de un 27 % en peso, preferentemente menos que un 24 % en peso. Por encima de esto, se forman carburos de cromo de gran tamaño, incluso en la impresión 3D, lo que tiene como resultado una baja tenacidad, baja resistencia al choque térmico y baja resistencia a la fatiga. También se sabe que este tipo de aleaciones de Co de elevado contenido en carbono pueden soportar altas temperaturas, pero que resultan muy frágiles. Por tanto, se demanda una microestructura sin las hileras de carburo de cromo de gran tamaño. Al reducir el contenido de Cr y, en cambio, aumentar el contenido de C y W en combinación con la solidificación muy rápida que se puede lograr mediante impresión 3D, se puede alcanzar esta característica. Parece que lo más preferido es mantener el contenido de cromo igual o menor que un contenido de tungsteno en % en peso, con el fin de limitar la proliferación de carburos de cromo a favor de carburos de tungsteno.
• Dado que el cromo proporciona resistencia a la corrosión, su nivel no se debe reducir demasiado y, dado que el cromo es un agente formador de carburos, contribuye a aumentar la dureza y la resistencia al desgaste.
• Además, un mayor contenido de Cr también tiene como resultado un punto de fusión más alto, lo que hace que sea muy difícil atomizar un polvo de estos tipos de aleaciones.
• Resulta ventajoso disponer de un alto contenido de W, un 20-30 % en peso, en combinación con un alto contenido de C (2,7-4,5) en estos tipos de aleaciones basadas en Co para impresión 3D. El resultado es una aleación de Co dura y termo-resistente con carburos bien dispersados y con una microestructura sorprendentemente fina. Estos tipos de aleaciones se adaptan perfectamente a aplicaciones tales como herramientas de corte de metal y similares. Si el contenido de W o C aumenta más, el punto de fusión de dichas aleaciones es demasiado alto para la atomización de polvo y la impresión 3D.
Ejemplo 2
Se imprimieron en 3D dos tipos de aleaciones según el presente método.
MicroMelt 1 (MM1), calidad PTA existente de Carpenter que tiene la composición de:
Composición de aleación según la presente invención con la composición de:
Las muestras se sometieron a ensayo y se analizaron en cuanto a dureza y microestructura.
En la aleación Micro Melt 1 después de impresión 3D, se midió la dureza en 835 HV2kg, que es aproximadamente 65 HRC. En la especificación de Carpenter*, la dureza depositada típica de la misma aleación es 50-52 HRC
*=Especificación de polvo de Revestimiento Láser y Arco Transferido por Plasma (PTA), Carpenter Powder Products, 07-12 1K T35E.
No obstante, en la aleación Micro Melt 1 después de impresión 3D, la microestructura tiene todavía un problema con los carburos de cromo, que forman hileras/varillas más largas y afiladas, lo que aumenta localmente las tensiones y, por tanto, reduce la tenacidad de los materiales. Véanse las Figuras 20 y 21.
En cambio, en el producto impreso en 3D según la presente invención, la microestructura del material es mucho más fina gracias al menor contenido de Cr, mayor contenido de W y C y el presente método, véanse las Figura 22, 23 y 24.
También se ha medido la dureza de la nueva aleación según la presente invención. En una muestra, fue de 873 HV2kg después de HIP y en otra muestra fue de 871 HV2kg, medidos de la misma manera que se ha descrito anteriormente en la solicitud (5 indentaciones separadas sobre la superficie pulida con diamante).
Para calcular el volumen de carburo, se marcaron los carburos que se aprecian en la Figura 23 (véase Figura 24) y se calculó la fracción de área. El área de la sección transversal se tradujo a volumen y la fracción de
carburo total de la muestra de la Figura 23 fue por tanto un 60,7 % en volumen con un área promedio de carburo de 0,87μm2. Si se supone que todas las secciones transversales de carburo son circulares, el diámetro promedio de carburo es de 1,06 μm.
Para estar seguro del contenido de carburo de la presente aleación, se llevó a cabo un cálculo adicional basado en la Figura 25, que es otra muestra además de las que se ven en las Figuras 22-24. En las Figuras 26 y 27 se han marcado los bordes de los carburos ricos en tungsteno (W) y cromo (Cr). Para calcular el volumen de carburo, se numeraron los carburos que se aprecian en la Figura 25 y se calculó el área de la sección transversal, véanse las Figuras 26 y 27. A continuación, el área de la sección transversal se tradujo en volumen y la fracción de carburo de la muestra que se aprecia en la Figura 25 fue de un 67,8 % en volumen con un área promedio de carburo de 1,2 μm2.
Como se aprecia anteriormente, el contenido total de carburo se encuentra entre un 60,7 % en volumen y un 67,7 % en volumen. El diámetro promedio de carburo calculado (de forma circular supuesta) es de 1,06 μm. El carburo de mayor tamaño observado tenía alrededor de 2,5 μm de borde a borde.
Ejemplo 3
El producto impreso en 3D obtenido en el Ejemplo 2 con una aleación según la presente invención se sometió a ensayo de calentamiento a largo plazo en el que el producto se calentó durante un período de tiempo prolongado y a continuación se sometieron a ensayo las propiedades mecánicas.
El ensayo se llevó a cabo colocando el producto en un horno a 650 °C durante 168 h, es decir, 7 días completos. Esto corresponde a un tiempo de uso de la herramienta de corte de 75 segundos por engranaje al producir 800 engranajes, es decir, 6000 segundos (16,67 h). Si se reafila la herramienta de corte diez veces serán 166,7h.
La dureza del producto fue de 870 HV2kg (alrededor de 66HRC) después de HIP. Después del ensayo de calentamiento a largo plazo, fue 866 HV2KH (alrededor de 66HRC). En otras palabras, la dureza del material se mantiene incluso después de un uso prolongado.
Lo mismo se observó para la aleación de ensayo de fusión 6. Después de HIP fue de 900HV2kg (alrededor de 67HRC) y después del ensayo de calentamiento a largo plazo fue de 870HV2kg (alrededor de 66HRC).
• Parece ventajoso imprimir en 3D aleaciones basadas en cobalto de alto contenido en carbono, ya que se puede lograr una microestructura sorprendentemente fina en combinación con una elevada dureza y tenacidad. Se piensa que se evita o al menos se minimiza la formación de grandes hileras de carburo de Cr. •
• Existe un límite en cuanto a cantidad de Cr que resulta ventajoso tener en este tipo de aleaciones, y el límite es de un 27 % en peso, preferentemente menos que un 24 % en peso. Por encima de esto, se forman carburos de cromo de gran tamaño, incluso en la impresión 3D, lo que tiene como resultado una baja tenacidad, baja resistencia al choque térmico y baja resistencia a la fatiga. También se sabe bien que este tipo de aleaciones de Co de elevados contenido en carbono pueden soportar altas temperaturas , pero que son muy frágiles. Por tanto, se demanda una microestructura sin las hileras de carburo de cromo de gran tamaño. Al reducir el contenido de Cr y, en cambio, aumentar el contenido de C y W en combinación con la solidificación muy rápida que se puede lograr mediante impresión 3D, se puede lograr esta característica. Parece que lo
más preferido es mantener el contenido de cromo igual o menor que el contenido de tungsteno en % en peso, con el fin de limitar la proliferación de carburos de cromo a favor de carburos de tungsteno.
• Dado que el cromo proporciona resistencia a la corrosión, su nivel no se debe reducir demasiado y, dado que el cromo es un agente formador de carburos, contribuye a aumentar la dureza y la resistencia al desgaste.
• Además, un mayor contenido de Cr también tiene como resultado un punto de fusión más alto, lo que hace que sea muy difícil atomizar un polvo de estos tipos de aleaciones.
• Resulta ventajoso tener un alto contenido de W, un 20-30 % en peso, en combinación con un alto contenido de C (2,7-4,5) en estos tipos de aleaciones basadas en Co para impresión 3D. El resultado es una aleación de Co dura y termo-resistente con carburos bien dispersados y con una microestructura sorprendentemente fina. Estos tipos de aleaciones se adaptan perfectamente a aplicaciones tales como herramientas de corte de metal y similares. Si el contenido de W o C aumentan más, el punto de fusión de dichas aleaciones es demasiado alto para la atomización de polvo y la impresión 3D.
Ejemplo 2
Se imprimieron en 3D dos tipos de aleaciones según el presente método.
MicroMelt 1 (MM1), calidad PTA existente de Carpenter que tiene la composición de:
Composición de aleación según la presente invención con la composición de:
Las muestras se sometieron a ensayo y se analizaron en cuanto a dureza y microestructura.
En la aleación Micro Melt 1 después de impresión 3D, se midió la dureza en 835 HV2kg, que es aproximadamente 65 HRC. En la especificación de Carpenter*, la dureza depositada típica de la misma aleación es 50-52 HRC.
*=Especificación de polvo de Revestimiento Láser y Arco Transferido por Plasma (PTA), Carpenter Powder Products, 07-12 1K T35E.
No obstante, en la aleación Micro Melt 1 después de impresión 3D, la microestructura tiene todavía un problema con los carburos de Cr, que forman hileras/varillas más largas y afiladas, lo que aumenta localmente las tensiones y, por tanto, reduce la tenacidad de los materiales. Véanse las Figuras 20 y 21.
En cambio, en el producto impreso en 3D según la presente invención, la microestructura del material es mucho más fina gracias al menor contenido de Cr, mayor contenido de W y C y el presente método, véanse las Figura 22, 23 y 24.
También se ha medido la dureza de la nueva aleación según la presente invención. En una muestra, fue de 873 HV2kg después de HIP y en otra muestra fue de 871 HV2kg, medidos de la misma manera que se ha descrito anteriormente en la solicitud (5 indentaciones separadas sobre la superficie pulida con diamante). Para calcular el volumen de carburo, se marcaron los carburos que se aprecian en la Figura 23 (véase Figura 24) y se calculó la fracción de área. El área de la sección transversal se tradujo a volumen y la fracción de carburo total de la muestra de la Figura 23 fue por tanto un 60,7 % en volumen con un área promedio de carburo de 0,87μm2. Si se supone que todas las secciones transversales de carburo son circulares, el diámetro promedio de carburo es de 1,06 μm.
Para estar seguro del contenido de carburo de la presente aleación, se llevó a cabo un cálculo adicional basado en la Figura 25, que es otra muestra además de las que se aprecian en las Figuras 22-24. En las Figuras 26 y 27 se han marcado los bordes de los carburos ricos en tungsteno (W) y cromo (Cr). Para calcular el volumen de carburo, se numeraron los carburos que se aprecian en la Figura 25 y se calculó el área de la sección transversal, véanse las Figuras 26 y 27. A continuación, el área de la sección transversal se tradujo en volumen y la fracción de carburo en la muestra que se aprecia en la Figura 25 fue de un 67,8 % en volumen con un área promedio de carburo de 1,2 μm2.
Como se aprecia anteriormente, el contenido total de carburo se encuentra entre un 60,7 % en volumen y un 67,7 % en volumen. El diámetro promedio de carburo calculado (de forma circular supuesta) es de 1,06 μm. El carburo de mayor tamaño observado tenía alrededor de 2,5 μm de borde a borde.
Ejemplo 3
El producto impreso en 3D obtenido en el Ejemplo 2 con una aleación según la presente invención se sometió a ensayo de calentamiento a largo plazo en el que el producto se calentó durante un período de tiempo prolongado y a continuación se sometieron a ensayo las propiedades mecánicas.
El ensayo se llevó a cabo colocando el producto en un horno a 650 °C durante 168 h, es decir, 7 días completos. Esto corresponde a un tiempo de uso de la herramienta de corte de 75 segundos por engranaje al producir 800 engranajes, es decir, 6000 segundos (16,67 h). Si se reafila la herramienta de corte diez veces serán 166,7h.
La dureza del producto fue de 870 HV2kg (alrededor de 66HRC) después de HIP. Después del ensayo de calentamiento a largo plazo, fue 866 HV2Kg (alrededor de 66HRC). En otras palabras, la dureza del material se mantiene incluso después de un uso prolongado.
Lo mismo se observó para la aleación de ensayo de fusión 6. Después de HIP fue de 900HV2kg (alrededor de 67HRC) y después del ensayo de calentamiento a largo plazo fue de 870HV2kg (alrededor de 66HRC).
Claims (14)
1. Un producto impreso en 3D formado por una aleación que comprende una matriz metálica y granos de carburos intercalados en la matriz metálica;
en el que la aleación comprende
Carbono: igual o mayor que un 3,1 e igual o menor que un 5,1 % en peso;
Tungsteno: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 30 % en peso;
Cromo: igual o mayor que un 15 e igual o menor que un 24 % en peso;
en el que la suma de cromo y tungsteno es de un 36 a un 48 % en peso;
en el que la aleación comprende opcionalmente trazas o impurezas de otros elementos seleccionados entre niobio, níquel, manganeso, silicio, molibdeno, boro, tantalio y hierro;
en el que el resto es cobalto, igual o mayor que un 40 % en peso;
y
en el que la aleación tiene un punto de fusión menor que 1750 °C, o preferentemente menor que 1600 °C, pero mayor que 1300 °C; y
en el que la aleación no comprende carburos mayores de 10 μm.
2. El producto según la reivindicación 1, en el que la aleación no comprende carburos mayores que 5 μm.
3. El producto según la reivindicación 1, en el que la suma del contenido de tungsteno y cromo es igual o menor que un 46 % en peso, o igual o menor que un 44 % en peso y en el que la aleación comprende opcionalmente además de un 1 a un 3 % en peso de al menos uno de niobio, níquel, manganeso, silicio y hierro.
4. El producto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las aleaciones comprenden Carbono: igual o mayor que un 3,3 e igual o menor que un 4,2 % en peso;
Tungsteno: igual o mayor que un 19 e igual o menor que un 25 % en peso;
Cromo: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 23 % en peso;
Cobalto: al menos un 45 % en peso;
en el que la suma de cromo y tungsteno es de un 39 a un 45 % en peso;
5. El producto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que las aleaciones comprenden Carbono: igual o mayor que un 3,5 e igual o menor que un 4,1 % en peso;
Tungsteno: igual o mayor que un 20 e igual o menor que un 24 % en peso;
Cromo: igual o mayor que un 19 e igual o menor que un 22 % en peso;
Cobalto: al menos un 40 % en peso; y
en el que la suma de cromo y tungsteno es de un 41 a un 44 % en peso;
6. El producto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la aleación tiene un contenido de carburo de al menos 60% en volumen, o al menos 65% en volumen.
7. Un método para preparar un producto impreso en 3D según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en un aparato de conformación libre que tiene una cámara que comprende:
a. formar una capa de un polvo de una aleación basada en cobalto en un entorno de bajo contenido en oxígeno en la cámara, en el que la aleación comprende:
Carbono: igual o mayor que un 3,1 e igual o menor que un 5,1 % en peso;
Tungsteno: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 30 % en peso;
Cromo: igual o mayor que un 15 e igual o menor que un 24 % en peso;
en el que la aleación comprende opcionalmente trazas o impurezas de otros elementos seleccionados entre niobio, níquel, manganeso, silicio, molibdeno, boro, tantalio y hierro; y
en el que el resto es cobalto, siendo igual o mayor que un 40 % en peso;
en el que la suma de cromo y tungsteno es de un 36 a un 48 % en peso; y
en el que la aleación tiene un punto de fusión menor que 1750 °C, o preferentemente menor que 1600 °C, pero mayor que 1300 °C;
en el que el polvo comprende partículas sustancialmente esféricas y/o
partículas sustancialmente esféricas con satélites y en el que las partículas tienen un tamaño medio por debajo de 200 μm, preferentemente el tamaño medio de partícula es de 100 a 200 μm;
b. calentar la capa de polvo a una temperatura mayor que 600 °C;
c. fundir el polvo localmente exponiendo el polvo a un haz de energía durante un período de tiempo suficiente para formar un baño de fusión; y
d. permitir que el polvo fundido en el baño de fusión se solidifique para dar lugar a una aleación de cobalto de multifase;
e. opcionalmente preparar una capa adicional de polvo sobre la capa anterior repitiendo las etapas a-d, en el que la etapa b comprende colocar el polvo sobre la capa anterior;
y en el que el producto que se construye se mantiene caliente por encima de 600 °C durante el método
8. El método según la reivindicación 7, en el que la fusión del polvo genera localmente un baño de fusión en el que el diámetro del baño de fusión es igual o menor que 2 mm.
9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el haz de energía es un haz de electrones y, preferentemente, en el que el método comprende además una etapa f que comprende el tratamiento térmico de la aleación de cobalto de multifase obtenida.
10. El método según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, la totalidad o una parte del producto que se está construyendo se mantiene caliente por encima de 700 ° C durante el método y preferentemente en el que el polvo se precalienta antes de la fusión del polvo para sinterizar la capa de polvo añadida a la capa anterior subyacente.
11. Un polvo de aleación basado en cobalto que comprende una matriz metálica y granos (o partículas) de carburos intercalados en la matriz metálica; y
en el que la aleación comprende
Carbono: igual o mayor que un 3,1 e igual o menor que un 5,1 % en peso;
Tungsteno: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 30 % en peso;
Cromo: igual o mayor que un 15 e igual o menor que un 24 % en peso;
en el que la aleación comprende opcionalmente trazas o impurezas de otros elementos seleccionados entre niobio, níquel, manganeso, silicio, molibdeno, boro, tantalio y hierro; y
en el que el resto es cobalto, siendo igual o mayor que un 40 % en peso;
en el que la suma de cromo y tungsteno es de un 36 a un 48 % en peso; y
en el que la aleación tiene un punto de fusión teórico menor que 1750 °C, o preferentemente menor que 1600 °C, pero mayor que 1300 °C;
en el que el polvo de aleación comprende partículas sustancialmente esféricas y/o
partículas sustancialmente esféricas con satélites y en el que las partículas tienen un tamaño medio menor que 200 μm.
12. La aleación según la reivindicación 11 en el que las aleaciones comprenden
carbono: igual o mayor que un 3,7 e igual o menor que un 4,2 % en peso,
tungsteno: igual o mayor que un 21 e igual o menor que un 24 % en peso,
cromo: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 22 % en peso; y
cobalto: al menos un 50 % en peso.
13. La aleación de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12 en la que las aleaciones comprenden
carbono: igual o mayor que un 3,7 e igual o menor que un 3,9 % en peso,
tungsteno: igual o mayor que un 20 e igual o menor que un 23 % en peso,
cromo: igual o mayor que un 18 e igual o menor que un 22 % en peso; y
cobalto: al menos un 50 % en peso.
14. La aleación según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en la que el contenido combinado de carbono, tungsteno, cromo y cobalto es igual o mayor que un 97 % en peso, o igual o mayor que un 98 % en peso, o igual o mayor que un 99 % en peso; y preferentemente en la que el polvo de aleación se ha obtenido por atomización con gas.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE1750299A SE541098C2 (en) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | High carbon content cobalt-based alloy |
| SE1750300 | 2017-03-14 | ||
| SE1750298A SE541184C2 (en) | 2017-03-14 | 2017-03-14 | High carbon content cobalt-based alloy |
| PCT/SE2018/050251 WO2018169477A1 (en) | 2017-03-14 | 2018-03-14 | High carbon content cobalt-based alloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2953659T3 true ES2953659T3 (es) | 2023-11-15 |
Family
ID=61750459
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES18712703T Active ES2953659T3 (es) | 2017-03-14 | 2018-03-14 | Aleaciones basadas en cobalto con alto contenido de carbono |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11492682B2 (es) |
| EP (1) | EP3609640B1 (es) |
| JP (1) | JP7116495B2 (es) |
| KR (1) | KR102464867B1 (es) |
| CN (1) | CN110418688B (es) |
| CA (1) | CA3056588A1 (es) |
| ES (1) | ES2953659T3 (es) |
| WO (1) | WO2018169477A1 (es) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7116495B2 (ja) * | 2017-03-14 | 2022-08-10 | ヴァンベーエヌ コンポネンツ アクチエボラグ | 高炭素コバルト系合金 |
| EP3546198B1 (en) * | 2018-03-28 | 2022-07-27 | CL Schutzrechtsverwaltungs GmbH | Plant comprising at least two apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects |
| JP7041042B2 (ja) * | 2018-10-17 | 2022-03-23 | 株式会社神戸製鋼所 | 硬化層の積層方法、及び積層造形物の製造方法 |
| US20220105568A1 (en) | 2019-01-18 | 2022-04-07 | Vbn Components Ab | 3d printed high carbon content steel and method of preparing the same |
| TWI719443B (zh) * | 2019-04-03 | 2021-02-21 | 財團法人工業技術研究院 | 金屬工件成型方法及金屬工件成型裝置 |
| CN110983113A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-10 | 江苏新华合金有限公司 | 一种钴基高温合金丝材及其制备方法 |
| JP7287915B2 (ja) * | 2020-03-12 | 2023-06-06 | 株式会社神戸製鋼所 | 積層造形物の製造方法、及び積層造形物 |
| CN115138863A (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-04 | 泰州市新龙翔金属制品有限公司 | 一种能够提高医用钴基合金抗菌功能的制备方法 |
| CN114774751B (zh) * | 2021-10-21 | 2023-05-09 | 北京机科国创轻量化科学研究院有限公司 | 一种激光熔覆高红硬性粉末及热冲压模具熔覆方法 |
| KR102535596B1 (ko) * | 2021-11-03 | 2023-05-26 | (주)컨셉션 | 절삭공구 제조방법 |
| CN116990107B (zh) * | 2023-06-08 | 2024-05-24 | 辽宁红银金属有限公司 | 一种钴基高温合金标准样品及其制备方法 |
Family Cites Families (46)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB471495A (en) | 1934-11-15 | 1937-08-15 | Pfanstiehl Chemical Company | Improvements in or relating to the treatment of alloys |
| US2048707A (en) * | 1934-11-15 | 1936-07-28 | Pfanstichl Chemical Company | Alloy |
| US3244506A (en) | 1964-09-08 | 1966-04-05 | Allegheny Ludhum Steel Corp | Cutting tool material |
| US3746518A (en) | 1965-02-26 | 1973-07-17 | Crucible Inc | Alloy composition and process |
| AT265804B (de) * | 1965-09-03 | 1968-10-25 | Boehler & Co Ag Geb | Herstellung verschleißfester Aufpanzerungen |
| FR1470129A (fr) | 1966-02-25 | 1967-02-17 | Iit Res Inst | Alliages de fer et leur procédé de fabrication |
| JPS5332332B2 (es) * | 1972-10-30 | 1978-09-07 | ||
| US4131450A (en) * | 1977-02-04 | 1978-12-26 | Mitsubishi Kinzoku Kabushiki Kaisha | Process for manufacturing cobalt-base reduced powder |
| US4297135A (en) | 1979-11-19 | 1981-10-27 | Marko Materials, Inc. | High strength iron, nickel and cobalt base crystalline alloys with ultrafine dispersion of borides and carbides |
| US4313450A (en) | 1979-12-21 | 1982-02-02 | Fuji Electric Co., Ltd. | Coin-dispensing device |
| WO2000071764A2 (en) | 1999-05-07 | 2000-11-30 | Rolls-Royce Corporation | Cobalt-base composition and method for diffusion braze repair of superalloy articles |
| FR2809387B1 (fr) * | 2000-05-23 | 2002-12-20 | Saint Gobain Isover | Procede de fabrication de laine minerale, alliages a base de cobalt pour le procede et autres utilisations |
| JP2002030375A (ja) * | 2000-07-14 | 2002-01-31 | Nippon Tungsten Co Ltd | コバルト合金とそれを用いたパイプおよびその合金の製造方法 |
| SE0300881D0 (sv) * | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Hoeganaes Ab | Powder metal composition and method for producing components thereof |
| JP4603808B2 (ja) * | 2004-03-15 | 2010-12-22 | トヨタ自動車株式会社 | 肉盛耐摩耗銅基合金 |
| CN101415853A (zh) * | 2004-11-30 | 2009-04-22 | 德罗若司太立控股公司 | 可焊接抗裂钴基合金 |
| KR101551453B1 (ko) * | 2007-09-28 | 2015-09-08 | 회가내스 아베 (피유비엘) | 야금용 분말 조성물 및 이의 제조방법 |
| US7754143B2 (en) * | 2008-04-15 | 2010-07-13 | L. E. Jones Company | Cobalt-rich wear resistant alloy and method of making and use thereof |
| WO2009146381A1 (en) | 2008-05-28 | 2009-12-03 | Deloro Stellite Holdings Corporation | Slurry-based manufacture of thin wall metal components |
| CN102187005A (zh) * | 2008-10-20 | 2011-09-14 | H.C.施塔克股份有限公司 | 用于生产基于碳化钨的硬质金属的含钼金属粉末 |
| US8163232B2 (en) * | 2008-10-28 | 2012-04-24 | University Of Utah Research Foundation | Method for making functionally graded cemented tungsten carbide with engineered hard surface |
| JP2010150573A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Sanyo Special Steel Co Ltd | Ｗｃ粒子を分散させた自溶性複合合金粉末およびその製造方法。 |
| US8828311B2 (en) | 2009-05-15 | 2014-09-09 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Reticulated mesh arrays and dissimilar array monoliths by additive layered manufacturing using electron and laser beam melting |
| DK2361704T4 (da) | 2010-02-26 | 2020-01-13 | Vbn Components Ab | Metalmultifasemateriale og fremgangsmåde til fremstilling deraf |
| US9540885B2 (en) | 2011-10-18 | 2017-01-10 | Us Synthetic Corporation | Polycrystalline diamond compacts, related products, and methods of manufacture |
| CN102423806A (zh) * | 2011-12-15 | 2012-04-25 | 北京矿冶研究总院 | 一种细粒径钴基合金粉末的制备方法 |
| CN103205607B (zh) * | 2012-01-17 | 2016-04-13 | 中航商用航空发动机有限责任公司 | 抗气蚀涂层材料及具有抗气蚀涂层的高速燃油离心泵 |
| EP2895634B1 (en) * | 2012-09-12 | 2016-11-09 | Sandvik Intellectual Property AB | A method for manufacturing a wear resistant component |
| CN102876907B (zh) * | 2012-09-27 | 2014-02-05 | 中南大学 | 一种碳化钨-钴或碳化钨-钴-铬热喷涂粉末的制备方法 |
| MX2015012984A (es) * | 2013-03-15 | 2016-05-10 | Federal Mogul Corp | Composiciones de metal en polvo para aplicaciones de resistencia al desgaste y temperatura y metodo para producirlas. |
| US9346101B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-05-24 | Kennametal Inc. | Cladded articles and methods of making the same |
| DE102013210895A1 (de) | 2013-06-11 | 2014-12-11 | Mahle International Gmbh | Verfahren zur Herstellung von warmbeständigen und verschleißfesten Formteilen, insbesondere Motorkomponenten |
| CN103305835A (zh) * | 2013-06-18 | 2013-09-18 | 江苏和昊激光科技有限公司 | 专用于齿轮表面激光熔覆的钴基金属陶瓷合金粉末 |
| WO2015045399A1 (ja) | 2013-09-25 | 2015-04-02 | 島根県 | コバルト合金材料を作製するための方法、コバルト合金材料および切削部材 |
| US20150096709A1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-04-09 | Honeywell International Inc. | Process For Making A Turbine Wheel And Shaft Assembly |
| DE102014202457A1 (de) * | 2014-02-11 | 2015-08-13 | Siemens Aktiengesellschaft | Verbesserte Verschleißbeständigkeit eines Hochtemperaturbauteils durch Kobaltbeschichtung |
| EP2940169A1 (en) * | 2014-04-30 | 2015-11-04 | Sandvik Intellectual Property AB | A wear resistant component and a device for mechanical decomposition of material provided with such a component |
| KR20160024401A (ko) * | 2014-08-07 | 2016-03-07 | 티엠나노테크 주식회사 | 3d 프린터용 금속합금 분말 |
| CN104195546A (zh) * | 2014-08-26 | 2014-12-10 | 浙江瑞莱士机械有限公司 | 激光熔覆用高硬度钴基合金粉末及其制备工艺 |
| DE102015203873A1 (de) * | 2015-03-04 | 2016-09-08 | Airbus Operation GmbH | 3D-Druckverfahren und Pulvermischung zum 3D-Drucken |
| JP6620029B2 (ja) * | 2015-03-31 | 2019-12-11 | 山陽特殊製鋼株式会社 | 球状粒子からなる金属粉末 |
| US9975182B2 (en) * | 2015-05-13 | 2018-05-22 | Kennametal Inc. | Cutting tool made by additive manufacturing |
| JP2017036484A (ja) * | 2015-08-11 | 2017-02-16 | 株式会社日立製作所 | 金属製品製造方法 |
| CN105838926B (zh) * | 2016-03-28 | 2017-11-17 | 中国科学院金属研究所 | 一种基于3d打印技术制备抗菌钴基牙冠产品的方法 |
| CN106381419B (zh) * | 2016-09-22 | 2017-11-03 | 成都优材科技有限公司 | 钴铬合金粉末及其制备方法和应用 |
| JP7116495B2 (ja) * | 2017-03-14 | 2022-08-10 | ヴァンベーエヌ コンポネンツ アクチエボラグ | 高炭素コバルト系合金 |
-
2018
- 2018-03-14 JP JP2019572341A patent/JP7116495B2/ja active Active
- 2018-03-14 CA CA3056588A patent/CA3056588A1/en active Pending
- 2018-03-14 EP EP18712703.0A patent/EP3609640B1/en active Active
- 2018-03-14 CN CN201880018643.5A patent/CN110418688B/zh active Active
- 2018-03-14 WO PCT/SE2018/050251 patent/WO2018169477A1/en unknown
- 2018-03-14 US US16/494,194 patent/US11492682B2/en active Active
- 2018-03-14 ES ES18712703T patent/ES2953659T3/es active Active
- 2018-03-14 KR KR1020197029960A patent/KR102464867B1/ko active IP Right Grant
-
2022
- 2022-11-01 US US17/978,658 patent/US11920220B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230101301A1 (en) | 2023-03-30 |
| KR20190127823A (ko) | 2019-11-13 |
| CN110418688A (zh) | 2019-11-05 |
| JP2020514560A (ja) | 2020-05-21 |
| EP3609640C0 (en) | 2023-07-12 |
| EP3609640A1 (en) | 2020-02-19 |
| JP7116495B2 (ja) | 2022-08-10 |
| KR102464867B1 (ko) | 2022-11-09 |
| WO2018169477A1 (en) | 2018-09-20 |
| CN110418688B (zh) | 2022-04-05 |
| US11492682B2 (en) | 2022-11-08 |
| EP3609640B1 (en) | 2023-07-12 |
| US11920220B2 (en) | 2024-03-05 |
| US20200087755A1 (en) | 2020-03-19 |
| CA3056588A1 (en) | 2018-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2953659T3 (es) | Aleaciones basadas en cobalto con alto contenido de carbono | |
| ES2947986T3 (es) | Producto de acero impreso en 3D de alta dureza | |
| EP2361704B1 (en) | Metal multiphase material and manufacturing method therefore | |
| WO2016013497A1 (ja) | 合金構造体及び合金構造体の製造方法 | |
| WO2016013498A1 (ja) | 合金構造体及び合金構造体の製造方法 | |
| JP6933206B2 (ja) | 複合部材の製造方法及び複合部材 | |
| WO2016013494A1 (ja) | 溶融積層造形に用いる合金粉末及び合金粉末の製造方法 | |
| Tang et al. | Shape retention of cemented carbide prepared by Co melt infiltration into un-sintered WC green parts made via BJ3DP | |
| US10858295B2 (en) | Composite particles, composite powder, method for manufacturing composite particles, and method for manufacturing composite member | |
| WO2016013493A1 (ja) | 鋳込み合金の製造方法 | |
| BR112021011872A2 (pt) | Produto impresso 3d feito de uma liga à base de ferro compreendendo uma matriz de metal e grãos de carbonetos incorporados à matriz de metal, método de preparação de um produto impresso 3d e produto | |
| Chen et al. | Microstructure and properties of high-entropy-superalloy microlattices fabricated by direct ink writing | |
| SE541184C2 (en) | High carbon content cobalt-based alloy | |
| SE541098C2 (en) | High carbon content cobalt-based alloy |