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Un nuevo método para aumentar la resistencia de las superficies metálicas.

El proceso de granallado permite que los metales utilizados en las palas de la turbina de un motor a reacción resistan el calor y la presión extremos durante cientos de horas.

El peening puede ser uno de los procesos de ingeniería más importantes de los que probablemente nunca haya oído hablar. Se utiliza para fortalecer los metales aumentando la dureza de sus superficies, aumentar su resistencia a la compresión, aumentar su resistencia a la corrosión y, en última instancia, aumentar su vida útil. Los científicos que trabajan en la Central Laser Facility (CLF) de STFC han desarrollado un nuevo método de control de calidad que se puede utilizar para comprobar si el proceso de granallado láser ha tenido éxito.


Los metales granulados son una parte crucial de la industria aeroespacial, ya que permiten el desarrollo de metales más ligeros y resistentes que, a su vez, permiten a los ingenieros producir aeronaves más ligeras y con menor consumo de combustible. En los motores a reacción, el proceso de granallado permite que los metales utilizados en las palas de los compresores y las palas de los ventiladores resistan el calor y la presión intensos durante cientos de horas.


Fuera de la industria aeroespacial, los componentes granulados se pueden encontrar en tecnología automotriz, generación de energía, perforación, implantes médicos y plantas de energía nuclear, donde los reactores de agua presurizada deben protegerse contra el agrietamiento por corrosión bajo tensión para garantizar un funcionamiento seguro durante la vida útil cada vez más larga de reactores. De hecho, se pueden encontrar en cualquier lugar donde los metales estén sujetos a factores de estrés mecánico extremo, degradación y corrosión.


En su forma más básica, el granallado puede implicar golpear un metal con un martillo, lo que induce una onda de choque que viaja a través del metal y comprime la capa de la superficie, aumentando su dureza y resistencia al agrietamiento y la fatiga. Un método más sofisticado, llamado granallado, consiste en chorrear la superficie con gránulos metálicos o cerámicos, lo que permite tratar superficies tridimensionales más complejas. El tercer método, y el más de alta tecnología, se llama granallado por láser.


El proceso de granallado con láser, o tratamiento de choque con láser, implica el uso de una serie de pulsos de láser para generar un plasma caliente en la superficie del metal que se expande rápidamente, creando una onda de choque que se introduce en el material. A diferencia del granallado, que deja la superficie rugosa y picada, el tratamiento con láser deja la superficie del metal prácticamente inalterada. Esta ventaja sobre el shot peening ha hecho que el tratamiento con láser se haya convertido en una herramienta indispensable para sectores como el aeroespacial y la generación de energía nuclear.


Sin embargo, la industria de procesamiento de materiales aún carece de una técnica de control de calidad efectiva para monitorear y evaluar el proceso in situ. Los métodos actuales involucran técnicas complejas de difracción de rayos X o perforar un agujero en el material granulado y realizar una serie extensa de mediciones, lo cual es destructivo, costoso y requiere mucho tiempo.


La nueva técnica desarrollada por científicos de CLF se basa en la técnica tradicional de golpear metal con un martillo y utilizar el sonido que genera para juzgar su calidad y dureza. Pero, en lugar de usar un martillo, la técnica se basa en escuchar el sonido generado por los pulsos de láser que golpean el metal durante el proceso de granallado.


En los experimentos, que se llevaron a cabo utilizando el sistema láser DiPOLE en CLF, los investigadores registraron la firma acústica de las ondas sonoras generadas por pulsos de láser que golpean una variedad de metales y aleaciones metálicas. Luego construyeron un perfil acústico que podría aplicarse a los metales, que incluían aleaciones de aluminio, titanio y acero inoxidable. Pudieron demostrar que cada metal puede tener asignada una firma acústica única que brinda información sobre la resistencia, dureza y tensiones residuales del material. Esta firma única se puede utilizar para indicar el éxito y la calidad del proceso de granallado sin tener que someter el metal a más pruebas.


Fuente: https://stfc.ukri.org/