Materiales Para Herramientas De Corte 5q732r

Materiales para herramientas de corte

Tipo Aceros finos al carbono Aceros rápidos y superrápidos

Siglas S HSS

Aplicación Herramientas manuales Amplia gama de Producción unitaria serie

materiales. y pequeña

Aceros rápidos recubiertos

N

Propiedades intermedias. Amplia gama de materiales metálicos

Metal duro

C

Amplia gama de materiales metálicos. Máquinas automáticas

Metal duro recubierto

GC

Acero inoxidable, fundición acero, roscado y ranurado.

de

Cermets

CT

Acero inoxidable, acero.

de

Cerámica

CC

Acero, materiales endurecidos y termorresistentes, fundición

Nitruro de boro cúbico

CBN

Aceros tratados, fundición, materiales endurecidos

Diamante policristalino

PCD

Acabado y semiacabado de no férreos y no metálicos.

fundición

Aceros finos al • Con porcentajes decarbono. carbono que van desde 1 a 1,4% • Dureza de hasta 68 HRc • De 350 a 400ºC la dureza cae hasta 55 a 50 HRc (se pierde el filo) • Aplicaciones en herramientas de mano y herramientas que trabajan a baja velocidad en materiales blandos. Aplicaciones • 1,3% de carbono -------- fresas, brocas, sierras, rasquetas, etc. • 1,15% de carbono ------ machos y terrajas, herramientas para madera, escariadores, brocas. • 1% de carbono ----------- machos y terrajas, escariadores, etc.

Aceros rápidos y superrápidos (aceros de • Taylor y White experimentan en 1898 con bajos % de W. corte rápido).

• Se duplican y cuadriplican las velocidades con agregado de W y Cr (1928). • Con Vanadio aumenta la dureza

capacidad de corte en

caliente. • Aparece el llamado 18-4-1 (18% W - 4% Cr - 1% V) • Evolucionan las máquinas y métodos de trabajo a la par de los nuevos materiales (Vcorte superiores a 36 m/min). • Menor dureza en frío (65 HRc) que los aceros finos al carbono. • Pierde el filo alrededor de los 650 a 750ºC.

Temple Elemen Dure to za

Fragilid ad

Penetrac ión

Riesgo de grietas

Velocid ad crítica

Observacio nes

Carbon o

(+)

(+)

---------------

(+)

(-)

Hasta el 2%

Cromo

(+)

(+)

(+)

(-)

(-)

--------------------

(-)

Mantiene dureza en caliente

Tungste no

(+)

(+)

(+)

(-)

Molibde no

(+)

(+)

(+)

(-)

(-)

Disminuye fragilidad de revenido

Vanadio

(+)

(+)

(+)

(-)

(-)

Afina el grano

(+)

Mantiene dureza en caliente

Cobalto

--------

---------

---------

----------

(+) representa aumento de la propiedad. (-) representa disminución de la propiedad.

Formula válida para aceros rápidos (fórmula empírica). 0,5 Cr + W + 2 Mo + 4 V < 23% 0,5 Cr + W + 2 Mo + 4 V < 23%

Los símbolos químicos se reemplazaran por el porciento del contenido de estos en la aleación.

W Cr

V

M o

1 8

4

1

----

1 8

4

1, ---2

2

4

1

9

Algunas aleaciones de aceros rápidos Aplicaciones Brocas, cortafierros, fresas cilíndricas Fresas de aplanar y disco, escariadores herramientas para torno, cepillo, etc.

Algunas aleaciones de aceros Fresas, creadoras de engranajes, brocas, etc. superrápidos W

Cr

V

M o

Co

6

4

3

5

----

12, 5

4, 5

2, 5

*

5

* - Porcentaje de Mo no determinado.

Aceros rápidos moldeados. • Para formas de herramienta complicada. • Fresas helicoidales para materiales livianos. • Se terminan y afilan por amolado. • Prevalece el Cr (como carburo) en su composición, otorgando elevada dureza. • Aleación adecuada de acero rápido para colado. • Algunas aleaciones se conocen como “Rollodur”.

Aceros rápidos recubiertos. • Nuevo material (recubrimiento de NTi o TiCNi en fina capa). • Se ubica entre aceros superrápidos y metal duro. • Tenacidad de HSS y mayor duración del filo. • Mayores velocidades de corte y excelente terminación. • Trabaja en cortes discontinuos. • Se recubre por deposición física de vapores (PVD).

Metal duro (carburo • 1909 - OSRAM (General Electric) utiliza metálico). incandescente de Tungsteno (W).

filamento

• Se verifica dificultad para mecanizar este material (dureza) y se lo denomina metal duro (H.M). • LA familia Krupp adquiere tochos de W y funda la Krupp Widia Factory. Utiliza el W para la febricación de herramientas de corte. • Nace la Widia (del aleman wier diamant “igual al diamante”). • En 1928 se presenta el carburo metálico como herramienta de corte (CW aglomerado con Co). Prolifera en los años 50 (pos guerra). • Es el mayor adelanto para la tecnología del mecanizado con arranque de virutas (Vcorte de 120 m/min).

Metal duro (carburo • En principiometálico). ventajoso para trabajo en

no

ferrosos y fundiciones de Fe. • Alto coeficiente de rozamiento con el acero (altas Tº y pérdida del filo). • Con Ti y Ta en formas de carburos (añadidos al CW) se redujo el coeficiente de rozamiento. • Ahora ventajosas sobre los HSS también en aceros.

Composición de los metales duros. • Mezclas de carburos en polvo, unidos por un aglutinante (pulvimetalurgia, sinterización).

• Finos polvos de carburos y aglutinante, molde a elevada P y Tº (estado pastoso).

en

• Se usa WC, TiC, TaC, MoC, VC, NbC y como aglomerante Co o Ni. • TiC y TaC tienen bajo coeficiente de fricción con el acero pero aumentan la fragilidad (máquinas en buen estado, materiales homogéneos). • El TiC es el componente más frágil.

Composición de algunos metales duros. Designación ISO

Composición de la mezcla en porciento

HRc

WC

TiC

TaC

VC

Co

----

80

----

----

----

20

85

----

85

----

----

----

15

87

----

89

----

----

----

11

88,5

K20

92

----

----

----

8

90

K10

94

----

----

----

6

91

K01

91,5

----

1,5

----

7

91,5

P30

88

5

----

----

7

90

P20

78

14

----

----

8

90,5

P10

78

16

----

----

6

91

P01

69

25

----

----

6

91,5

P01

34,5

60

----

----

5.5

92,5

Designaci Designaci ón ón ISO Sandvick

Aplicaciones

F02

P01

Acabado de acero y acero moldeado. Elevada velocidad de corte y avance pequeño. Torneado principalmente

S1P

P10

Acabado y desbaste ligero de acero y acero moldeado. Gran velocidad de corte y avance moderado. Torneado y roscado en torno

S2

P20

Mecanizado ligero y semigrueso de acero y acero moldeado. Velocidad de corte y avances moderados. Torneado de copia

S4

P30

Mecanizado semigrueso y grueso de acero y acero moldeado. Velocidad de corte pequeña y avance grande.

S6

P40

Mecanizado grueso de acero. Velocidad de corte pequeña y gran avance. Para acero inoxidable. cepillado

R4

P50

Mecanizado grueso de acero y acero moldeado. Velocidad de corte pequeña y avance grande

R1P

M10

Materiales de gran resistencia mecánica y elevadas Tº. Terminado y desbaste ligero de acero inoxidable. Velocidad de corte grande y avance moderado. torneado

S4

M20

Mecanizado ligero y grueso de inoxidable laminado austenítico. Aceros de fácil mecanizado.

H20

M20

Mecanizado grueso de fundición. Velocidad de corte pequeña y avance grande. Cepillado

S6

M30

Similar a S4

R4

M40

Mecanizado fino y grueso de algunos aceros inoxidables. Velocidad de corte pequeña y avance grande

H05

K01

Acabado de fundición. Hormigón. Plásticos. Etc. torneado

Fabricación de los carburos metálicos.

•

Los carburos metálicos simples tienen dos constituyentes principales

•

Se obtienen por pulvimetalurgia (materiales en polvos bien definidos).

•

Son muy diferentes a aleaciones como el acero.

•

Los polvos se mezclan, prensan y sinterizan formando un material compacto.

•

Formados por partículas muy duras (WC) embebidas en un material aglutinante (Co o Ni).

•

Las partículas duras dan resistencia al desgaste y el aglutinante tenacidad.

•

A mayor resistencia al desgaste menor tenacidad y viceversa.

•

El W se obtiene de una tierra rara llamada schellite o schellita.

•

Luego de varios tratamientos se obtiene WO 3, que reducido da W puro y H 2O.

•

El W se muele hasta obtener el polvo fino de W que se mezcla con polvo fino de C.

•

La mezcla se calienta en horno eléctrico y se obtiene WC en terrones que serán molidos para obtener polvo fino de WC.

•

Se agregan otros carburos (TiC, TaC por ejemplo) y el aglutinante en polvos finos, que se muelen y mezclan con el CW.

•

A mayor tiempo de molienda menor tamaño de grano (hoy se logran microgránulos)

•

Se lleva todo a molde y se somete a dos etapas de sinterizado (P y Tº). Aumenta densidad y compactación

•

Las plaquitas obtenidas se terminan y afilan con muela diamantada. En la actualidad la mayoría de las plaquitas salen terminadas del sinterizado.

Trióxido de W (WO3), 99,48 de pureza Reducción de WO3 en horno eléctrico Molin o Polvo muy fino Polvo de C (negro muy fino de humo) de W

Mezcla dor Combinació n de W y C en horno eléctrico

Proceso de fabricación de los carburos metálicos. Terrones de WC

Molin o

Polvo muy fino de TiC o TaC Polvo muy fino de Co

1er sinterizado a 1000ºC 2do sinterizado a 1400 a 1500ºC

Polvo muy fino de WC

Rectificad oy amolado de la plaquita

Carburos metálicos revestidos.

• El 80% de los carburos metálicos son revestidos.

• En 1968 se añade una fina capa (≈5µ) de TiC (en fase γ). Se denomina “Gamma coating” (GC). • Hay buena tenacidad (WC) y gran resistencia al desgaste con bajo rozamiento (TiC). • En aceros se aumenta las velocidades de corte en un 50% aproximadamente (180 m/min). • Hoy se utilizan además otros materiales de recubrimiento (carburos, nitruros y cerámicos). • TiC, TiN, TiCN, Al2O3, pueden aparecer formando una o varias capas (2 a 12µ) (CVD). • TiC (gris) y Al2O3 (transparente) mejoran dureza, resistencia al desgaste y coeficiente de fricción. • El TiN (dorado) no es tan duro pero tiene excelente coeficiente de fricción. • El Co (aglutinante) ofrece tenacidad pero baja resistencia a la deformación. Se busca mayor % en el núcleo y menos en superficie (sinterizado gradiente).

Cermets. (ceramicmetal) • Metales duros construidos en base a TiC, TiN y TiCN. • Por su fragilidad se agregó Mo2C mejorando la tenacidad. • Elevada resistencia al desgaste y al corte en caliente,

buena

estabilidad

química,

poca

tendencia al falso filo y al desgaste por oxidación. • Para altas velocidades con pequeños avances y profundidades (terminaciones precisas).

Cerámicas. • Inicialmente en base a Al2O3(Óxido de aluminio) con elevada fragilidad (1938). • Las basadas en Si3N4 (nitruro de silicio) son más tenaces. • Elevada dureza, resistencia al corte en caliente y estabilidad química. Son muy frágiles. • Elevadas velocidades de corte en fundición, acero

endurecido

resistentes.

y

materiales

termo-

Cerámicas basadas en Al2O3

Puras

Poseen baja tenacidad y son muy frágiles. Se mejora algo con agregado de óxido de circonio. Se hacen por sinterizado a alta P en frío (blancas) o caliente (gris).

Mixtas

Se agrega TiC y TiN en un 10% aproximadamente. Disminuye fragilidad por mayor resistencia al choque térmico. Sinterizado en caliente (gris oscura).

Reforzada

Se mezcla con fibras minusculas (1µ de diametro y 20μ de longitud) de SiN, “whisker”, en una proporción del 30%. Aumenta tenacidad y resistencia al choque térmico. Sinterizado en caliente (gris).

Cerámica basada en Si3N4 • Mejor

tenacidad

y

resistencia

al

choque

térmico que las anteriores. • Compuesta por pequeños cristales de nitruro en aglomerante (dos fases). • Excelente

duración

del

filo

trabajando

fundición gris. • Mayor resistencia al trabajo en caliente que el metal duro. • Mezcla de polvos prensados en frío o caliente.

Variación de la dureza de las herramientas con la Tº de corte HR c

Cerámica

9 0

Metal duro (CW+Co)

8 0

7 0

Acer o.

C

al do o pi ido er rá ráp Ac percero su A

6 0

5 0

4 0

Límite de dureza

10 0

20 0

30 0

40 0

50 0

60 0

70 0

80 0

90 0

10 00

11 00

12 00

Tº

•

Nitruro de boro cúbico Mantiene su dureza hasta alrededor de 2000 ºC (CBN)

• Excelente resistencia al desgaste y elevada fragilidad.

• Sinterizado de polvos en caliente (CBN y aglomerante metálico o cerámico). • A mayor proporción de CBN menor tenacidad. • Se lo suele encontrar sobre metal duro para mejorar su tenacidad. • No apto para trabajar materiales blandos. • Excelente para terminaciones (puede reemplazar el rectificado). • Plaquitas con geometría negativa. • Los materiales discontinuidades.

trabajados

serán

homogéneos

y

sin

• Exige elevada potencia y estabilidad en las máquinas. • Elevadas velocidades de corte y poco avance. Abundante refrigerante o trabajo en seco para evitar choque térmico.

•

Diamante policristalino Se obtiene comienzos de (PCD) los 70 por pulvimetalurgia.

• Muy aplicado en ruedas de amolar. • Buena estabilidad química y duración del filo. • Elevada fragilidad (limita el uso en herramientas monocortantes). • Condiciones de extrema rigidez en máquina y herramienta y material sin discontinuidades. • No aplicable en materiales ferrosos. • Mecanizado

de

alta

precisión

con

excelente

terminación

superficial. • Se trabaja con bajas velocidades de avance y profundidades de corte pequeñas. • Terminado y semiterminado de Al, aleaciones de Al y Si, Cu y sus aleaciones, plomo, cerámicas y HD premecanizados, resinas, plástico, grafito entre otros.