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Microstructure Based Material Mechanical Models for Superalloys

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El efecto de la microestructura en el comportamiento de las superaleaciones

Un equipo de científicos de la Unión Europea desarrolló un modelo informático para optimizar el rendimiento de nuevos diseños, teniendo en cuenta la microestructura de las superaleaciones y cómo la misma afecta a las propiedades del producto.

Tecnologías industriales

Las superaleaciones son combinaciones de metales con alta resistencia y rendimiento térmico, ideales para utilizar en estructuras sometidas a tensión mecánica y térmica. En particular, las superaleaciones de níquel (Ni) son fundamentales para los álabes y discos de turbinas en las piezas más calientes de los motores de aeronaves. Además, son fundamentales en vehículos espaciales y reactores nucleares. Financiado por la Unión Europea, el proyecto MICROMECH (Microstructure based material mechanical models for superalloys) desarrolló un modelo informático a multiescala de superaleaciones de Ni policristalinas procesadas por fundición y forjado. Describe los mecanismos de fallo y deformación y las características y defectos microestructurales. Específicamente, el modelo de MICROMECH incluye información estructural de la cantidad de cristales individuales y policristales micrométricos y de los componentes y muestras policristalinas. Describe los efectos de la temperatura sobre la resistencia a la tracción, fatiga, propagación de fracturas y deformación basados en las propiedades microestructurales, como el tamaño del grano y las condiciones de superficie. La herramienta básica para predecir las propiedades mecánicas de las muestras policristalinas es un modelo de elementos finitos dedicado a elementos de volumen representativo de su microestructura. Se utilizan modelos de plasticidad de cristales para simular el comportamiento de los micropilares en el interior de los granos. Para desarrollar estos modelos, los científicos utilizaron datos obtenidos con estudios micromecánicos sobre cristales individuales y bicristales fresados a partir de muestras policristalinas. A partir de estudios micromecánicos muy completos se desarrolló un modelo multiescala preciso y real que permite predecir las propiedades mecánicas de las muestras utilizadas en el diseño de los componentes. El modelo desarrollado permite predecir la fatiga bajo cualquier condición de estudio de aleaciones de In718 como una función de la tensión aplicada, la temperatura y la microestructura. El modelo de MICROMECH ayudará a los ingenieros a conseguir superaleaciones de níquel de características superiores que aportarán asimismo ventajas en lo que se refiere a costes y sostenibilidad medioambiental y favorecerán el liderazgo tecnológico de la Unión Europea.

Palabras clave

Microestructura, superaleación, modelo informático, MICROMECH, policristalino

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