Materiales para herramientas de corte - MDP

1 GRUPO TECNOLOG A MEC NICA PROCESOS DE FABRICACI N Materiales PARA herramientas DE corte P gina 1 de 10 GTM Materiales para herramientas de corte En general es caracter stico clasificar a los Materiales para herramientas en orden creciente de velocidad de corte a la que pueden trabajar. La misma tendencia creciente se cumple cuando se considera el costo de las herramientas . Otras caracter sticas del material de la herramienta que influyen en el comportamiento de la misma son: Capacidad para disipar calor Agudeza de filo obtenible Resistencia al desgaste y a la deformaci n pl stica a la temperatura del corte Tenacidad Compacidad Qu micamente inerte con el material a mecanizar Resistencia a los choques t rmicos Estabilidad qu mica para resistir la oxidaci n y la corrosi n En orden creciente de velocidad de corte y costo, los Materiales para herramientas pueden clasificarse de la siguiente manera: Aceros al carbono.

2 (*) Aceros r pidos y superr pidos. (*) Stellitas. Carburos sinterizados (Metal duro). (*) Cer micos. Cermets. Nitruro de boro c bico (CBN). Diamante policristalino (PCD). Diamante. Los tres ltimos Materiales citados son los corrientemente denominados Materiales ultraduros . Aceros al carbono Son aceros con contenidos porcentuales de C entre 0,7 y 1,2. Por medio del temple adquieren elevada dureza, pero su fragilidad y su baja resistencia al trabajo en caliente ha limitado su uso tras la aparici n de otros Materiales . El templado correcto requiere habilidad y experiencia por lo que su aplicaci n se torna a n m s dif cil. El empleo de los aceros al carbono se limita a: - Mecanizados en los que se desarrollan temperaturas no muy altas. - herramientas para acabado a baja velocidad de corte , en trabajos muy delicados. - herramientas que requieren finura en la arista cortante, que es dif cil de obtener con los aceros r pidos.

3 - herramientas de forma complicada para n mero limitado de piezas. La velocidad de corte no debe superar el orden de los 5 m/min mecanizando aceros. Aceros r pidos Se denomina as a un tipo de aceros que en su origen permitieron aumentar las velocidades de corte considerablemente respecto a los Materiales conocidos hasta ese momento, alrededor del a o1900. (*) Pueden llevar recubrimientos duros GRUPO TECNOLOG A MEC NICA PROCESOS DE FABRICACI N Materiales PARA herramientas DE corte P gina 2 de 10 GTM La principal propiedad de estos aceros es la de mantener la dureza y por lo tanto su capacidad de corte a altas temperaturas. Se provee en forma de barritas templadas y rectificadas de secci n cuadrada o circular (bits) o rectangular (cuchillas) para herramientas monocortantes de torneado, alesado, cepillado, etc.

4 , que se afilan con la geometr a deseada manualmente o a m quina. Las barritas cuadradas vienen desde 4 a 25mm de lado y de 63 a 200mm de longitud. Las circulares de 3 a 20 mm de di metro y de 40 a 200mm de longitud. Las rectangulares desde secciones de 3x12 hasta 16x32mm2 y de 70 a 200mm de longitud. Tambi n se utiliza para fresas, escariadores, machos, terrajas, brochas, sierras de hoja y de cinta, etc., pero su aplicaci n m s corriente es para brocas. Es de hacer notar que la dureza inicial (en fr o) es similar a la de los aceros al C templados, pero estos ltimos solo la conservan hasta los 250oC, mientras que los aceros r pidos, la mantienen hasta los 600 oC, como surge de la figura 1, que muestra la disminuci n de dureza al aumentar la temperatura, que experimentan los principales Materiales de herramientas .

5 En la composici n qu mica de los aceros r pidos pueden intervenir los siguientes elementos qu micos: Carbono, Silicio, Azufre y F sforo, Manganeso, Cromo, Tungsteno, Molibdeno, Vanadio, Cobalto, N quel, Titanio, Boro. Cada uno aporta una caracter stica particular. A continuaci n se detalla el efecto de cada elemento en forma individual: Carbono (C): Confiere al acero dureza luego del temple pero al mismo tiempo aumenta la fragilidad con el riesgo de agrietamiento. El porcentaje de C puede llegar hasta el 2%. Silicio (Si): En la fabricaci n del acero este elemento se emplea como desoxidante, que dando como impureza normal. Se admite en los aceros un contenido entre 0,1 y 0,3% para evitar el aumento de fragilidad de la estructura obtenible por temple (martensita). Azufre (S) y F sforo (P): Son impurezas provenientes del mineral, y del proceso de fabricaci n del acero.

6 El contenido de cada uno de ellos no debe superar el 0,03%. Manganeso (Mn): Tambi n es una impureza normal. No obstante aporta templabilidad y reduce las deformaciones de los perfiles: El contenido var a entre 0,15 y 0,35%. Los elementos citados hasta aqu est n siempre presentes en la composici n de los aceros. En cambio los que se tratar n a continuaci n son elementos de adici n o aleantes. Cromo (Cr): Facilita el temple y reduce la oxidaci n en caliente. Favorece la distribuci n uniforme de los carburos presentes en la estructura de temple. Tungsteno o Wolframio (W): Produce los carburos de mayor dureza. Estos carburos confieren a la herramienta la propiedad de mantener la dureza en caliente, sin aumentar en exceso la fragilidad. No obstante origina descarburaci n, raz n por la cual se tiende a aumentar el %C cuando hay alto tenor de W, provocando fragilidad en estos aceros.

7 El contenido de W puede llegar al 25% en ciertos aceros especiales. Molibdeno (Mo): Reduce la fragilidad y mejora en conjunto todas las propiedades del material. Con elevados porcentajes de Mo pueden reducirse los de tungsteno. Vanadio (V): Su gran afinidad con el carbono favorece la formaci n de carburos muy estables, afina el grano mejorando la capacidad de corte y la resistencia a la abrasi n. Cobalto (Co): Mejora la tenacidad y disminuye la temperatura de temple. Proporciona al acero alta dureza en caliente, resistencia al desgaste a alta temperatura, con leve disminuci n de la tenacidad. Figura 1 GRUPO TECNOLOG A MEC NICA PROCESOS DE FABRICACI N Materiales PARA herramientas DE corte P gina 3 de 10 GTM N quel (Ni): Mejora la tenacidad (resistencia al impacto) y la penetraci n del temple.

8 No se emplea para herramientas de corte , pero es utilizado como aleante en aceros para punzones y matrices de estampado. Titanio (Ti): Mejora la resistencia del acero a alta temperatura y aten a la oxidaci n. Boro (B): Se lo adiciona especialmente en los aceros r pidos al molibdeno. Reduce la descarburaci n y aumenta la capacidad de corte de la herramienta. Tipos de aceros r pidos La composici n qu mica en los aceros r pidos mas com nmente empleados es la siguiente: C = 0,6 a 1,0% Cr = 3,5 a 7% Las posibles adiciones son: Mo = 2 a 5%; V = 0,4 a 3%; Ti = 0,8 1,0% Un acero cl sico es: W = 18% Cr = 4% V = 1% conocido como 18-4-1 Pero existe una extensa gama de composiciones que dotan a los aceros r pidos de prestaciones que abarcan un amplio rango de propiedades para cubrir necesidades que se plantean en el mecanizado de aceros, fundiciones, no ferrosos, pl sticos, madera, y otros Materiales , en operaciones muy diversas.

9 En general los tipos de aceros r pidos mas difundidos, son los de base Mo y los de base W. La composici n qu mica de la mayor a de ellos est informada en Metals Handbook, Machining, Vol. 16. Para trabajos de mucha exigencia se emplea Cobalto entre 2,5 hasta 18% que le confiere mayor capacidad de corte en caliente. Stellitas Son b sicamente aleaciones ternarias de Cr, Co y W. La herramienta se obtiene por colada. Solamente son mecanizables mediante abrasivos. Su dureza en fr o est entre 57 y 60 HRC, siendo algo menor que los aceros r pidos. Sin embargo, en caliente conservan valores m s altos que aquellos (ver figura 1). El mayor inconveniente es que son m s fr giles que los aceros r pidos, por lo cual su empleo ha ido decreciendo. Deben trabajar a velocidad de corte elevada y con peque o avance. Son insensibles a los tratamientos t rmicos.

10 Por tener un punto de fusi n cercano a los aceros (1280oC) e id ntico coeficiente de dilataci n que los mismos, permite realizar el recargue oxiacetil nico sobre barras soporte de acero. Por ser un producto de colada, las barras de este material pueden presentar porosidad. Carburos sinterizados (Metal duro) Estos Materiales , conocidos vulgarmente como widia (del alem n, wie diamant, como el diamante), son compuestos de carburos de W, o de Tantalio (Ta) y W, e incluso de carburos de Ti y Nb (niobio), aglomerados com nmente con Co. Tambi n se los conoce con el nombre de metales duros. Los carburos aportan la dureza necesaria mientras que el Co cumple la funci n de aglutinante. Los carburos componentes y el aglutinante se muelen finamente por separado en part culas de tama o 1 a 10micrones, se mezclan y se prensan obteni ndose formas diversas seg n su uso.