Materiales Avanzados para Herramientas de Corte: Recubrimientos, Cermets y Cerámicas

En el ámbito del mecanizado moderno, la elección de materiales para herramientas de corte es crucial para optimizar el rendimiento, la productividad y la calidad del acabado. Este documento explora las características, ventajas y aplicaciones de los recubrimientos en metales duros, los cermets y las herramientas cerámicas, elementos fundamentales en la ingeniería de fabricación actual.

Ventajas de los Recubrimientos en Metales Duros

El empleo de recubrimientos en metales duros ofrece beneficios significativos. El recubrimiento prolonga la vida útil del filo de corte, lo que se traduce en una mayor productividad y un flujo de virutas más eficiente. Este actúa como un lubricante permanente, reduciendo en un alto porcentaje las fuerzas de corte, la generación de calor y el desgaste. Esto, a su vez, permite utilizar velocidades de corte más elevadas durante el mecanizado, particularmente cuando se requiere un excelente acabado superficial. Las características de lubricación y antiadherencia del recubrimiento son las responsables directas de la reducción de calor y esfuerzo generados en el proceso de arranque de material.

Cermets: Composición y Aplicaciones

Los cermets son metales duros con base de titanio, a diferencia de los carburos de tungsteno tradicionales. Existen fundamentalmente tres tipos de cermet:

• Con material base de carburo de titanio (TiC).
• Con material base de nitruro de titanio (TiN).
• Combinados de carburo-nitruro de titanio (TiCN).

Actualmente, las calidades de cermet han sido desarrolladas con mayor tenacidad, lo que ha ampliado su campo de aplicación. Ya no son materiales exclusivos para herramientas de acabado, sino que han encontrado su lugar en operaciones de fresado, torneado de aceros inoxidables y otras aplicaciones exigentes. Debido a su alta productividad a velocidades de corte elevadas y avances ligeros a medios, los cermets, tanto recubiertos como sin recubrir, se consideran sustitutos efectivos de las herramientas de carburo y cerámicas en diversas situaciones.

Ventajas Clave de las Herramientas de Cermet

Las herramientas elaboradas con cermet proporcionan, entre otras, las siguientes ventajas:

• Mejor acabado superficial: Ofrecen un acabado superior al producido con los carburos en las mismas condiciones, lo que puede, en más de una ocasión, suprimir la necesidad de un rectificado posterior.
• Precisión dimensional: Su alta resistencia al desgaste permite mantener tolerancias más ajustadas durante períodos más largos, asegurando la precisión dimensional en lotes de piezas de mayor tamaño.
• Velocidades de corte elevadas: Para una misma duración de la herramienta, las velocidades de corte pueden ser más altas que con los carburos.
• Mayor vida útil: La vida útil de la herramienta de cermet es superior cuando opera a la misma velocidad que los carburos.

Composición de las Herramientas Cerámicas

Inicialmente, las primeras herramientas cerámicas se construyeron de óxido de aluminio, lo que las hacía muy frágiles y con una vida útil muy corta e irregular debido a problemas de fabricación y a un uso erróneo. Hoy en día, las cerámicas abarcan un espectro mucho más amplio de materiales en su composición y apenas son comparables con sus predecesoras. Fundamentalmente, se distinguen dos tipos de cerámicas:

• Con base de óxido de aluminio (pura, mixta y reforzada).
• Con base de nitruro de silicio.

Cerámica Whisker: Innovación en Refuerzo

Las herramientas de cerámica reforzada con base de óxido de aluminio son una innovación relativamente reciente. Habitualmente se les denomina cerámica whisker, porque incorporan pequeñas y muy resistentes fibras, denominadas whiskers, con un diámetro aproximado de una micra y una longitud de unas veinte micras. Estas fibras mejoran significativamente la tenacidad y resistencia de la cerámica.

Aplicaciones de las Herramientas Cerámicas en Mecanizado

Las principales áreas de aplicación para las herramientas cerámicas incluyen:

Fundición Gris

Tanto para el desbaste como para el acabado, las cerámicas de óxido de aluminio puras presentan un buen comportamiento, especialmente cuando no hay incrustaciones o cascarilla. Las cerámicas mixtas, por su parte, son idóneas para el acabado cuando la calidad superficial es el factor limitante de la vida útil de la herramienta, gracias a su superior resistencia al desgaste por melladura, que impacta directamente en el acabado.

Aleaciones Termorresistentes

Estas aleaciones de base níquel, que ofrecen gran resistencia a altas temperaturas y que generan un fuerte desgaste por mellado, se mecanizan favorablemente con cerámicas mixtas, mixtas recubiertas y cerámicas reforzadas.

Aceros Endurecidos y Fundición Nodular

En el torneado de aceros endurecidos se obtienen muy buenos resultados, llegando incluso a sustituir procesos de rectificado. Por su resistencia al desgaste y estabilidad química, las cerámicas actuales han mejorado su rendimiento en este campo del torneado duro. En el mecanizado de fundición endurecida, su elevada resistencia al desgaste por abrasión resulta fundamental frente a los carburos duros. Para estas aplicaciones, se recomiendan las cerámicas mixtas (especialmente las recubiertas), las reforzadas con base de óxido de aluminio, y las de nitruro de silicio.