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El acero de Damasco es un tipo de acero de gran valor que se crea al doblar repetidamente dos aceros que tienen diferentes niveles de contenido de carbono. El acero con alto contenido de carbono es increíblemente duro, pero es más frágil que el acero con menos carbono. Doblar los dos juntos desbloquea tanto la dureza como la resistencia, y las exclusivas bandas onduladas que lo delatan son solo una ventaja estética. Aunque el acero de Damasco proviene de una antigua técnica de herrería que se remonta a la Siria del siglo XIII, Philipp Kürnsteiner del Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro espera llevar el acero de Damasco a 2020 con una actualización tecnológica: la impresión 3D.
Pieza impresa en 3D de acero de Damasco. Crédito de la imagen: Frank Vinken
Enfriamiento rapido
Una parte fundamental de la técnica para doblar aceros en Damasco es el paso de temple o enfriamiento rápido. El enfriamiento rápido es necesario para que se produzcan los cambios microestructurales que hacen que el acero sea tanto duro como resistente. Los átomos se mueven a una forma cristalina durante el proceso de enfriamiento. En una forja tradicional, el temple se realiza con aceite o agua. Después de que se forja el metal, una serie de tratamientos de recocido (calor) conducen a la precipitación de partículas de níquel-titanio que hacen que el acero sea significativamente más duro, incluso con un bajo contenido de carbono. Esas partículas son las que hacen que el acero maraging sea tan duro, y los tratamientos de recocido y precipitación son los que lo hacen tan caro porque pueden tardar más de 48 horas de calentamiento y enfriamiento en completarse.
Para sus pruebas, los investigadores utilizaron un polvo de aleación de acero compuesto de níquel, titanio y hierro, elementos que se precipitarán en partículas de níquel-titanio en las circunstancias adecuadas que acabamos de describir. En una impresora 3D de metal, se logró un enfriamiento rápido simplemente apagando el láser de sinterización durante períodos entre algunas de las capas. Fácil. El enfriamiento permitió que se produjeran las formaciones cristalinas y el calor producido por el láser que volvía a imprimir más capas sirvió como tratamiento térmico in situ para precipitar las partículas deseables.
Mapeo de átomos
Para determinar si la técnica de impresión logró el resultado deseado, los investigadores mapearon la pieza de prueba y las partículas de níquel-titanio estaban presentes. Fueron un paso más allá y realizaron una prueba de fuerza; la muestra resistió un 20% más de fuerza de estiramiento antes de romperse en comparación con una pieza impresa tradicionalmente con el mismo polvo de aleación de acero. Eso no es tan fuerte como el acero maraging, pero sigue siendo un cambio impresionante considerando que tomó una fracción del tiempo (y costo) que se requiere para un proceso completo de recocido y precipitación.
Aunque solo se encuentran en la fase de descubrimiento de su investigación, esperan que eventualmente “uno pueda fabricar herramientas que sean suaves y resistentes por dentro y solo la piel exterior se endurezca por precipitación sin la necesidad de aplicar una capa o un tratamiento de cementación. . »
Imagen destacada cortesía de Frank Vinken, Instituto Max Planck para la Investigación del Hierro
