Una técnica de impresión 3D consigue reducir las grietas en los álabes de las turbinas

Según informa la Universidad Tecnológica de Chalmers, un nuevo estudio podría mejorar la fiabilidad y la eficiencia de las turbinas de gas al lograr resolver un problema relacionado con la fabricación de los álabes de estos equipos. Un grupo de investigadores del Centre for Additive Manufacture – Metal (CAM2) ha desarrollado una técnica mejorada de fabricación aditiva capaz de minimizar las grietas y la tensión residual en las piezas metálicas que están expuestas a temperaturas y presiones extremas.

Las turbinas de gas tienen que funcionar en condiciones muy duras, y sus componentes están sometidos a temperaturas y cargas mecánicas muy elevadas. Uno de los principales problemas a la hora de la fabricar estas piezas es la aparición de grietas que debilitan el metal y acortan su vida útil.

Los investigadores del CAM2 han desarrollado una forma de reducir el agrietamiento durante los procesos de AM modificando la forma de procesar el metal. En lugar de utilizar los barridos láser de forma extensa y prolongada, los científicos probaron a aplicar patrones de barrido más breves que permitieran controlar mejor la aplicación del calor. Este sistema ayuda a distribuir el calor de manera más uniforme a lo largo del material, lo que reduce el riesgo de que se formen grietas.

«Los resultados indican que esta estrategia de barrido contribuye a minimizar tanto el agrietamiento por solidificación como la tensión residual, lo que mejora el procesamiento de esta aleación a nivel general», afirma Ahmed Fardan Jabir Hussain, quien actualmente estudia un doctorado en fabricación aditiva de metales en la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Aunque el estudio se centra en una aleación específica de alto rendimiento, la CM247LC, que se usa de forma habitual en la fabricación de turbinas de gas, este descubrimiento también podría resultar muy útil a la hora de procesar otros materiales que también suelen presentar problemas de agrietamiento.

«El agrietamiento se produce tanto durante el proceso de producción como durante los tratamientos térmicos, lo que limita el uso de estos materiales. Gracias a este estudio, hoy estamos más cerca de conseguir que estos materiales sean más viables de cara a este tipo de aplicaciones», afirma Ahmed.

Uno de los aspectos más prometedores de esta investigación es su potencial para reducir la tensión residual, un factor clave a la hora de prevenir el agrietamiento que provoca el envejecimiento por deformación (SAC, por sus siglas en inglés). El SAC es un problema habitual en las zonas más próximas a los concentradores de tensiones, sobre todo en el caso de componentes de uso final, como los álabes de las turbinas. Esta técnica mejorada podría permitir fabricar componentes más resistentes y duraderos que soporten mejor las altas temperaturas y la tensión.

«Esta estrategia de barrido basada en vectores cortos puede aplicarse de forma local cerca de los concentradores de tensión para generar una microestructura resistente al agrietamiento que provoca el envejecimiento por deformación. La posibilidad de adaptar estas microestructuras resulta especialmente interesante en el caso de las industrias que utilizan este tipo de aleaciones en sus procesos de fabricación», asegura Ahmed.

El equipo de investigadores trabaja también para asegurarse de que el material puede soportar las temperaturas extremas durante largos periodos sin deformarse, una propiedad conocida como «comportamiento de fluencia». Se trata de un factor fundamental para las palas de turbina, que están sometidas a temperaturas y cargas muy elevadas.

«Estas aleaciones están diseñadas para utilizarlas en las secciones de las turbinas de gas que más se calientan, como los álabes. Estos componentes soportan cargas y temperaturas extremas, por lo que deben ser capaces de resistir la fluencia cuando están expuestos a una temperatura elevada. Actualmente seguimos trabajando para mejorar las aleaciones y conseguir que muestren un comportamiento de fluencia similar al de los materiales de fundición», explica Ahmed.

El estudio ha sido publicado en la revista Additive Manufacturing.