Materiales Cerámicos y Diamantes

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  • Materiales de herramientasGermn Sarmiento200426041Sebastin Garca200323081

  • Carburos metlicos (clase anterior)Carburos metlicos especialesCarburos metlicos recubiertosMateriales cermicos (cermicas de corte)Nitruro de boro cbicoDiamantes naturalesDiamantes sinterizados policristalinosConclusiones sobre la eleccin de los materiales para herramientas

  • Carburos metlicos especialesCarburos de grano micromtrico o mejoradosPartculas de dimensiones menores a una micraResistencia transversal cerca del doble de los carburos normales, dureza comparable (inferior). Gracias a esto se pueden usar grandes ngulos de incidencia y desprendimientoSe recomiendan cuando el desgaste es muy grande en aceros rpidos y cuando los carburos normales son sobredimensionados y/o no son lo suficientemente resistentes (adems de ser frgiles)

  • Carburos fundidos (cast carbide)

    Matriz ligante refractaria con una dispersin de carburosCompuestos de 20% Ti, 58% W, 22% CElevada resistencia y dureza en calienteAdecuados para desbastes de aleaciones o aceros inoxidables a altas velocidades de corteResistencia al desgaste por difusin mejorada, pero no son recomendables para mecanizar fundicin y superaleaciones porque se desgastan por fatiga (fragilidad).

  • Carburos metlicos recubiertosSe deposita termoqumicamente por vapor un recubrimiento sobre la herramienta. La unin es muy resistenteUsualmente las capas son de xidos, nitruros o carburos de Ti, W y Al La dureza es muy elevada y se reduce el el rozamiento, as son muy resistentes al desgaste

  • Estas caractersticas de los carburos recubiertos permiten elevadas velocidades de corte, hasta 50% ms que los convencionales y su duracin puede llegar a ser hasta 3 veces mayor.1

  • Uno de los problemas de tener varias capas es la diferencia de elasticidad y dilatacin trmica de las diferentes capas. Esto se ha resuelto creando zonas de difusin, haciendo que la variacin sea progresiva1

  • Insertos (pastillas) de carburos metlicosAlgunas herramientas con recubrimientos23

  • Materiales CermicosAlrededor de 1954 aparecieron los primeros materiales cermicos para herramientas. (en forma de plaquitas)Se clasifican en 2 tipos:Los CermetsLos xidos sinterizados

  • Se caracterizan por su optima calidad en especial en condiciones alta velocidad de corte.No se pueden emplear con eficacia en mquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan mquinas muy rgidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor y dureza de estos materiales. As mismo son qumicamente inertes y soportan altas temperaturas de trabajo sin perder su dureza.La misma dureza que caracteriza a las herramientas cermicas las hace mas frgiles que los carburos y que otros materiales.La conductividad trmica es muy baja lo que restringe las profundidades de corte en este tipo de herramientas.Tienden a fallar por fatiga en un costado de la herramienta mostrando un crter o hendidura.

  • Los CermetsSon materiales sinterizados, constituidos por un componente no metlico ( xidos, silicatos, carburo de silicio, carburo de boro). Y componentes metlicos de alto punto de fusin ( Mo, Cr, V).Los cermets comnmente utilizados en herramientas se obtienen por la sinterizacin del oxido de aluminio (Al2O3) junto con el carburo de Molibdeno (Mo2C) y el carburo de vanadio (VC).El porcentaje de carburos metlicos oscila entre el 5-40%

  • El aglomerante es nquel-cobalto y tambin se usan partculas base de TiC, TiCN, TiN.Buena resistencia al desgaste y formacin de crteres, alta estabilidad qumica y dureza en caliente. Baja tendencia a la oxidacin y a la formacin del filo aportado. Son de gran dureza y resistencia a la abrasin.Frgiles y poco tenaces Los cermets se aplican mejor a aquellos materiales que producen una viruta dctil, aceros y las fundiciones dctiles.

  • xidos SinterizadosSe usa una Alumina casi pura sinterizada (99,5% Al2O3). Con pequeas cantidades de (SiO2) y (Cr2O3).La materia prima es un polvo fino de alumina con un tamao de grano (1m) Las plaquitas son producidas ya sea por prensado en fri o en caliente a 40-50 ksi. Y luego se sinteriza a una temperatura entre los 1600 y 1700oC. Es posible comprimir y sinterizar simultneamente en caliente.

  • Los insertos de cermica prensados en caliente se sintetizan estando a presin, y son ms densos. Es posible usar una mezcla de 90% de AL2O3 y agregarle oxidos de hierro, titanio y cromo para aumentar la dureza de la herramienta.Tambin hay herramientas cermicas que usan el nitruro de silicio (Si3N4) como componente principal.

  • Caractersticas de los xidos SinterizadosBaja conductividad trmica.Calentamiento uniforme del filoTransferencia de calor a traves de la viruta.El coeficiente de rozamiento en menor al de los carburos sinterizados por lo que no hay filo aportado.Las elevadas velocidades de corte y las elevadas temperaturas alcanzadas en la viruta proporcionan un ptimo acabado superficial.

  • La resistencia a la compresin de las herramientas de cermica es muy alta.Por lo que es bastante frgil.El mango de soporte debe explotar las ventajas de las herramientas cermicas. Y debe evitar los principales problemas.

  • Los mangos deben permitir un buen apoyo de la palanquita y un voladizo mnimo para que no se presenten deformaciones por flexin.Las fuerzas de compresin deben ser uniformemente distribuidas para evitar tensiones superficiales. El rompe virutas debe ser postizo en carburo de tungsteno para facilitar la salida de la viruta.Los ngulos deben ser escogidos cuidadosamente, la experiencia dice que el ngulo de desprendimiento debe ser cercano a 0o y el de incidencia cercano a 10.

  • Las herramientas cermicas se han utilizado para mecanizar materiales que aunque no son muy resistentes, ejercen intensa accin de desgaste (abrasin) sobre la herramienta.Materias PlsticasGrafitoMetalesAleaciones no ferrosas

  • Nitruro de boro cbicoSoporte de carburo con una fina capa o un pequeo inserto de nitruro de boro cbicoSegundo material ms duro conocido. Es frgil, pero poco reactivo y tiene una elevada estabilidad trmica (>1000C)Permite altas velocidades de corte en aleaciones muy duras, como las de nquel

  • 45Herramientas de nitruro de boro cbico

  • Diamantes NaturalesEs el material mas duro que se conoce.Se dividen en:Diamantes Negros Diamantes BlancosLos diamantes negros no tienen planos de exfoliacin, Se usan para el rectificado y revivado de muelas.Los diamantes blancos son aglomerados de cistales blanquecinos. Se utilizan tanto para el rectificado de muelas como para procedimientos de torneado.

  • Los diamantes blancos se usan para acabados de gran precisin sobre metales blandos, aleaciones ligeras y aleaciones del cobre. Tambin se usa en el corte de vidrios.El filo de mantiene durante largo tiempo, y logra el corte de sobre metal mnimo (hasta 0,005mm) con tolerancias del orden de milsimas de milmetro

  • Aplicaciones del Diamante.Torneado y mandrilado de precisin sobreAleaciones de aluminio, bronceMetal antifriccinMaterias plsticas Diamantes para reavivar muelas simples y mltiplesMuelas diamantadas: (Abrasivo constituido por polvo de diamante)Hileras: produccin de alambres metlicosLos polvos de diamantes tambin se usan en bruido y lapeado de precisin.

  • Los soportes deben ser muy rgidos y no debe haber vibraciones.El diamante se une a la herramienta por medio de soldadura de bronce o latn o por sujecin metlica con una interposicin de una lamina de metal blando.

  • Diamantes Sinterizados PolicristalinosFormados a partir de polvo de diamantes por compresin y sinterizacin a una presin de 700-800 daN/mm2 y a temperaturas de 2000 oC. Los diamantes policristalinos sirven para el el mecanizado de:Aleaciones no ferrosas de aluminio y cobrePlsticosGrafitoCarburosCermicos. Etc.La velocidad de corte puede ser aumentada entre 2,5 y 3,5 veces la velocidad de los metales duros.No pueden mecanizar aleaciones de titanio, nquel o hierro debido a fenmenos de difusin entre la herramienta y al pieza.

  • Conclusin sobre la seleccin de materiales de herramientas.No existe la herramienta que tenga una superioridad neta sobre las dems.Se deben considerar las condiciones especificas de corte al momento de seleccionar el material.

    Velocidad de CorteAvanceMaterial a MecanizarTipo de mecanizado (continuo, intermitente, con choques etc.)La maquina herramienta (potencia de la maquina)

    En general, lo que se busca es minimizar los costos de la operacin de mecanizado, as hay que encontrar un material para herramientas que tenga un compromiso entre las diferentes propiedades

  • 1

  • Velocidad de corte a travs del tiempoDureza Vs. Temperatura 7

  • Tenacidad a la fractura vs. Resistencia5

  • Resistencia @T vs. Temperatura6

  • Bibliografa1 , 7 Tomado de Micheletti G.F, Mecanizado por arranque de viruta Ed Blume, Barcelona 19802 Tomado de www.hartmetallschrott.de/gfx7.jpg vistada el 12/03/073 Tomado de www.tomahawktoolservice.com vistada el 12/03/074 - Tomado de www.kompetenznetze.de vistada el 12/03/075 - Tomado de http://www.sumitomo-hardmetal.co.uk/ vistada el 12/03/075,6 Tomado de Ashby, Michael F. Materials and design : the art and science of material selection in product design. PDF appendix C