Desarrollo de intermetálicos TiAl mediante técnicas pulvimetalúrgicas convencionales y de alta densificación

TiAl Intermetallic Development by Using Conventional and High Densification Powder Metallurgy Techniques

Cada día hay más demanda de materiales que ofrezcan altas temperaturas de servicio y bajo peso; pero su fabricación es compleja y costosa, particularmente la de las superaleaciones de base cobalto y la de las aleaciones de titanio; dentro de estas últimas, los intermetálicos TiAl y Ti3Al son ampliamente reconocidos para satisfacer las necesidades actuales; sin embargo, la colada y forja de estos intermetálicos, que tienen una mejor resistencia frente a la oxidación a elevadas temperaturas, resulta muy compleja, y es por lo que, partiendo de polvo prealeado, se busca obtener productos prácticamente acabados con un coste razonable. El presente trabajo analiza la influencia de las variables de procesado de polvos intermetálicos Ti48Al2Cr2Nb, mediante técnicas pulvimetalúrgicas convencionales y Spark Plasma Sintering (SPS), en su microestructura y en sus propiedades mecánicas. Se obtienen muestras a diferentes temperaturas de sinterización a partir de polvos obtenidos por atomización. La influencia en las propiedades mecánicas se observa mediante su microdureza y resistencia a la compresión, realizándose un seguimiento de la microestructura mediante microscopía óptica y electrónica de barrido.

Las condiciones de procesado muestran un gran efecto en la microestructura obtenida, fundamentalmente en la formación de la fase a₂, que acompaña las propiedades mecánicas finales. Sin embargo, es con el proceso de máxima densificación donde se obtienen las propiedades adecuadas, lo cual hace pensar que es una alternativa clara a los procesos actuales de colada y deformación plástica.

I. INTRODUCCIÓN

Las aleaciones Ti-Al, y especialmente los intermetálicos γ -TiAl son un reemplazo potencial para las superaleaciones en aplicaciones estructurales de alta temperatura en las industrias aeroespacial y del automóvil, debido a su baja densidad, alta resistencia y rigidez específica, y resistencia a fluencia elevada [1-3]; sin embargo, su desarrollo se ha visto obstaculizado por la falta de tenacidad a temperatura ambiente, su pobre equilibrio de propiedades mecánicas y sus dificultades de fabricación. En estos últimos años se han incrementado notablemente las investigaciones sobre estos materiales y sus procesos de fabricación [4-8].

Los intermetálicos conjugan, de forma lamelar y con mayor o menor intensidad, las fases γ y α₂, correspondientes a los intermetálicos TiAl y Ti₃Al [9], de modo que las propiedades finales tienen una fuerte dependencia de la distribución entre estas fases [10]; con ello, las propiedades mecánicas dependen principalmente de la orientación lamelar y de variables como el tamaño de grano, su distribución y el espaciado entre las lamelas γ y α₂ [2].

Las adiciones de Cr y Nb a los intermetálicos TiAl han demostrado ser beneficiosas para las propiedades mecánicas, dado que mejoran su tenacidad, pues modifican la microestructura de γ -TiAl a una microestructura dúplex [4, 5].