Un grupo de investigadores del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad Carnegie Mellon ha logrado un avance significativo en la mejora de la ductilidad de las aleaciones de aluminio. Este aspecto es crítico para su aplicación en industrias como la automotriz y la aeroespacial. La investigación es clave, ya que muchas aleaciones de aluminio fabricadas mediante técnicas de manufactura aditiva presentan una ductilidad limitada. Esto puede llevar a una dependencia de materiales más costosos y pesados en aplicaciones críticas.
Desarrollo de nuevas aleaciones de aluminio
Las aleaciones de aluminio tradicionales creadas a través de la manufactura aditiva suelen mostrar defectos en el procesamiento y características microestructurales que afectan negativamente su ductilidad. Esta situación ha llevado a los ingenieros a buscar soluciones que no solo mejoren la ductilidad, sino que también mantengan la resistencia de las aleaciones. En este contexto, los investigadores de Carnegie Mellon han desarrollado una nueva aleación, denominada Al-Ni-Er-Zr, que presenta una ductilidad as-built mejorada del 0.9% al 19%.
El trabajo se basa en simulaciones de ingeniería de materiales computacional integrada (ICME) y en diagramas de fases calculados (CALPHAD). Estos métodos permiten a los investigadores validar sus resultados y optimizar la composición de las aleaciones. La profesora asistente Mohadeseh Taheri-Mousavi destacó: “Una vez que identificamos el origen de la fractura, pudimos realizar simulaciones para optimizar los elementos de manera que maximizaran la resistencia y mejoraran la ductilidad”.
Importancia de la ductilidad en la manufactura
La ductilidad as-built es crucial para técnicas de manufactura que enfrentan desafíos en el tratamiento térmico posterior, como la soldadura. Estas propiedades son fundamentales para garantizar la integridad estructural de componentes en vehículos y aeronaves. Con la mejora de la ductilidad, las aleaciones de aluminio podrían sustituir a materiales más pesados y costosos, como el titanio y el níquel, así como a algunos aceros.
El desarrollo de una aleación con alta ductilidad también es relevante para la impresión a gran escala en manufactura aditiva. Un material con baja ductilidad no puede soportar las tensiones residuales generadas durante el proceso de impresión, lo que limita su aplicación. La nueva fórmula creada por el equipo de Carnegie Mellon tiene el potencial de ser utilizada en componentes más grandes, mejorando así la eficiencia y reduciendo costos en la producción industrial.
Colaboraciones y contribuciones adicionales
Este proyecto no fue solo un esfuerzo interno; también involucró colaboraciones con investigadores del Instituto Max Planck de Materiales Sostenibles, la Universidad Tecnológica de Varsovia, Amazemet Sp. z o.o. y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Gracias a estas asociaciones, la investigación se benefició de un amplio espectro de conocimientos y recursos, lo que ayudó a validar las innovaciones en el diseño de aleaciones.
La investigación se publicó recientemente en la revista npj Advanced Manufacturing, donde se detallan los hallazgos sobre las aleaciones Al-Zr-Er-Ni. Este avance no solo representa un paso adelante en la ciencia de materiales, sino que también promete tener un impacto significativo en las industrias que dependen de estos materiales para su funcionamiento diario.
