Propiedades Mecánicas y Térmicas de Materiales para Herramientas de Corte

Propiedades Mecánicas Deseables para el Material de la HTA:

• Dureza a alta temperatura / resistencia elevada.
• Capacidad de absorber energía / resiliencia elevada.
• Capacidad de absorber energía en la zona elástica / resistencia al desgaste elevada.
• Coeficiente de rozamiento reducido.
• Coste.

Propiedades Térmicas:

• Alta conductibilidad para alcanzar el equilibrio térmico.
• Calor específico y coeficiente de dilatación.

Aceros al Carbono:

• Composición: Fe + C (0.7-1.5%), Si (0.1-0.4%), Mn (0.1-0.4%).
• Gran tenacidad.
• Pierden su dureza a partir de 200ºC.
• No se utilizan salvo excepciones.
• Mecanizado de cordones de soldadura.

Aceros Rápidos (HSS):

• Mantienen bien su dureza en frío hasta los 500-550 ºC.
• Composición base: 18-4-1 (18% W, 4% Cr, 1% V).
• Contenido en C (0.7-0.9%).
• Basados en la aleación con Wolframio (12-21%).
• Otros aleantes adicionales:
  • Cr (2-4.5%): aumenta dureza y oxidación en caliente, favorece el temple.
  • V (0.8-2.5%): afina el grano, mejora resistencia a la abrasión.
  • Molibdeno (0.5-1.1%): reduce fragilidad.
  • Cobalto (2.5-17%): aumenta la velocidad crítica de temple y la disolución de carburos.

Aleaciones Duras No Ferrosas (Estelitas):

• Contenidos por fusión de cobalto, Cr y W, y otros aleantes.
• El más conocido es la estelina: Co (40-50%), Cr (27-32%), W (14-19%), C (2%).
• Permiten velocidades de corte hasta el triple que los aceros rápidos.
• Presentado en forma de plaquitas, solamente mecanizables por abrasión.
• El cuerpo de la HTA de acero al C (0.5%) tiene un elevado límite elástico.
• Fijación al cuerpo para que la plaquita esté solicitada casi siempre solo a compresión y no a flexión o torsión.
• Rango de utilización: 500-800ºC.

Carburos Metálicos (Metal Duro, Vidia):

• Basado en el carburo de tungsteno (W) (75-90%) y Co (6-12%) como ligante.
• Muy elevada dureza hasta 900ºC.
• Alta resistencia a compresión (400-600 daN/mm²).
• Excelente resistencia al desgaste y corrosión.
• Escasa resistencia al choque.
• Similar conductividad a los aceros.
• Los carburos de Ti añadidos proporcionan óptima resistencia a la abrasión por su fina estructura.
• Obtenidos por sinterizado.

Carburos Metálicos Recubiertos:

• Producidos por deposición química en estado gaseoso.
• Revestimiento que aumenta resistencia al desgaste (5-20 micrómetros).
• Reduce las dos causas del deterioro de la HTA: el calor de rozamiento con la viruta y con la pieza.
• Aumenta la vida de la HTA de metal duro.
• Permite aumentar la velocidad de corte hasta 300-350 m/min.
• Otros recubrimientos: alumina, Al2O3, mejora resistencia a reacción química; Cv, CNb, TiN mejoran craterización y filo recrecido.

Materiales Cerámicos:

• Cement: sinterizados de componente no metálico (óxidos, silicatos, carburos de silicio) y componentes metálicos de alto punto de fusión (Mo, Cr, V).
• Óxidos sinterizados: base de óxidos de Al, añadido de óxidos de Cr, Fe o Ti.
• Baja conductividad térmica, con calentamiento uniforme del filo; la mayor parte del calor es cedido a la viruta.
• Coeficiente de rozamiento inferior al metal duro, evita filo recrecido unido a altas velocidades de corte que consiguen óptimo acabado superficial.
• Limitaciones en fatiga térmica (bruscas variaciones de temperatura), ductilidad y baja resistencia a la dilatación.
• Adecuado para materiales que ejercen intensas abrasiones (materias plásticas, grafito, metales o aleaciones no ferrosas); requiere rompevirutas postizo.

Nitruro de Boro Cúbico (Borazon):

• Plaquita de carburo con capa de nitruro de boro (0.5-1 mm).
• Su dureza solo es superada por el diamante.
• Frágil pero poco reactivo.
• Estabilidad térmica hasta 1400ºC, alcanzando velocidades de corte de 300-400 m/min.
• Adecuado para mecanizar aleaciones de Ni; excelentes resultados para rectificado.
• Viruta tronceada en pequeños trozos; aconsejable el uso de fluido de corte para arrastrar la viruta.

Diamantes Naturales:

• El diamante natural es el material más duro conocido.
• Diamante negro: sin planos de exfoliación, usado para rectificado o reavivado de muelas.
• Diamantes blancos: para rectificado, troceado y trabajos de precisión.
• Apropiado para aleaciones de Al, Cu o plásticos; no adecuado para aceros por solubilidad del carbono.
• Necesidad de montarlos sobre soportes muy rígidos y sin vibraciones.
• Usos en acabado superficial (bruñido y lapeado) y afilado de muelas o hileras; alto coste.

Diamantes Sinterizados Policristalinos:

• Diamante artificial por sinterizado (700-800 daN/mm² y 2000ºC).
• Apropiados para materiales abrasivos y no férreos.
• Aumento de velocidad de corte de 2.5-3.5 de la HTA de metal duro.
• No adecuado para materiales ferrosos, aleaciones de Ti o Ni.
• Usado para recubrir HTA de metal duro con coste contenido.