El carburo cementado es un material de aleación compuesto por un metal refractario duro y un metal aglomerante, obtenido mediante un proceso de pulvimetalurgia. Posee excelentes propiedades, como alta dureza, resistencia al desgaste, buena resistencia mecánica y tenacidad, resistencia al calor y a la corrosión. Destaca especialmente su elevada dureza y resistencia al desgaste, que se mantienen prácticamente inalteradas incluso a 500 °C, conservando una alta dureza a 1000 °C. El carburo se utiliza ampliamente en la fabricación de herramientas, como tornos, fresas, cepillos, brocas y mandrinadoras, para el mecanizado de hierro fundido, metales no ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafito, vidrio, piedra y acero común. También se emplea para el mecanizado de materiales difíciles de mecanizar, como acero resistente al calor, acero inoxidable, acero al manganeso y acero para herramientas. La velocidad de corte de las nuevas herramientas de carburo es actualmente cientos de veces superior a la del acero al carbono.
Aplicación de carburo cementado
(1) Material para herramientas
El carburo es el material más utilizado en la fabricación de herramientas, como tornos, fresas, cepillos, brocas, etc. El carburo de tungsteno-cobalto es ideal para el mecanizado de metales ferrosos y no ferrosos con viruta corta, así como para el mecanizado de materiales no metálicos como hierro fundido, latón fundido y baquelita. El carburo de tungsteno-titanio-cobalto es adecuado para el mecanizado de metales ferrosos como el acero con viruta larga. Entre aleaciones similares, las que tienen mayor contenido de cobalto son más apropiadas para el desbaste, mientras que las que tienen menor contenido son más adecuadas para el acabado. Los carburos cementados de uso general ofrecen una vida útil mucho mayor que otros carburos cementados para materiales difíciles de mecanizar, como el acero inoxidable.
(2) Material del molde
El carburo cementado se utiliza principalmente para matrices de trabajo en frío, tales como matrices de estirado en frío, matrices de punzonado en frío, matrices de extrusión en frío y matrices de perforación en frío.
Las matrices de conformado en frío de carburo deben presentar buena tenacidad al impacto, tenacidad a la fractura, resistencia a la fatiga, resistencia a la flexión y buena resistencia al desgaste en condiciones de trabajo exigentes por impacto o impacto fuerte. Generalmente se utilizan aleaciones con contenido medio o alto de cobalto y de grano medio o grueso, como la YG15C.
En general, la relación entre la resistencia al desgaste y la tenacidad del carburo cementado es inversa: un aumento de la resistencia al desgaste conlleva una disminución de la tenacidad, y un aumento de la tenacidad inevitablemente reduce la resistencia al desgaste. Por lo tanto, al seleccionar la aleación, es necesario cumplir con los requisitos específicos de uso según el material a procesar y las condiciones de trabajo.
Si la calidad seleccionada es propensa a agrietarse y dañarse prematuramente durante su uso, se debe optar por la calidad con mayor tenacidad; si es propensa a desgastarse y dañarse prematuramente, se debe elegir la calidad con mayor dureza y mejor resistencia al desgaste. Las siguientes calidades son: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C. De izquierda a derecha, la dureza disminuye, la resistencia al desgaste disminuye y la tenacidad aumenta; de lo contrario, ocurre lo opuesto.
(3) Herramientas de medición y piezas resistentes al desgaste
El carburo se utiliza para incrustaciones superficiales resistentes al desgaste y piezas de herramientas de medición, cojinetes de precisión de rectificadoras, placas y varillas guía de rectificadoras sin centros, tapas de tornos y otras piezas resistentes al desgaste.
Los metales aglutinantes suelen ser metales del grupo del hierro, comúnmente cobalto y níquel.
En la fabricación de carburo cementado, el tamaño de partícula del polvo de materia prima seleccionado oscila entre 1 y 2 micras, y su pureza es muy alta. Las materias primas se dosifican según la proporción de composición prescrita, y se les añade alcohol u otros medios para su molienda húmeda en un molino de bolas, con el fin de lograr una mezcla y pulverización completas. La mezcla se tamiza. Posteriormente, se granula, se prensa y se calienta a una temperatura cercana al punto de fusión del metal aglomerante (1300-1500 °C), formando una aleación eutéctica entre la fase endurecida y el metal aglomerante. Tras el enfriamiento, las fases endurecidas se distribuyen en la red compuesta por el metal aglomerante, quedando estrechamente unidas entre sí para formar un sólido compacto. La dureza del carburo cementado depende del contenido de fase endurecida y del tamaño de grano; es decir, a mayor contenido de fase endurecida y menor tamaño de grano, mayor dureza. La tenacidad del carburo cementado está determinada por el metal aglomerante. A mayor contenido de metal aglomerante, mayor resistencia a la flexión.
En 1923, Schlerter, de Alemania, añadió entre un 10 % y un 20 % de cobalto al polvo de carburo de tungsteno como aglutinante, inventando así una nueva aleación de carburo de tungsteno y cobalto. Su dureza solo era superada por la del diamante. Fue el primer carburo cementado fabricado. Al cortar acero con una herramienta hecha de esta aleación, el filo se desgastaba rápidamente e incluso podía agrietarse. En 1929, Schwarzkov, en Estados Unidos, añadió una cierta cantidad de carburos compuestos de tungsteno y titanio a la composición original, lo que mejoró el rendimiento de la herramienta en el corte de acero. Este fue otro hito en la historia del desarrollo del carburo cementado.
El carburo cementado posee excelentes propiedades, como alta dureza, resistencia al desgaste, buena resistencia mecánica y tenacidad, resistencia al calor y a la corrosión. Destacan especialmente su elevada dureza y resistencia al desgaste, que se mantienen prácticamente inalteradas incluso a 500 °C, conservando una alta dureza a 1000 °C. El carburo se utiliza ampliamente en la fabricación de herramientas, como tornos, fresas, cepillos, brocas y mandrinadoras, para el mecanizado de hierro fundido, metales no ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafito, vidrio, piedra y acero común. También se emplea para el mecanizado de materiales de difícil mecanizado, como acero resistente al calor, acero inoxidable, acero al manganeso y acero para herramientas. La velocidad de corte de las nuevas herramientas de carburo es actualmente cientos de veces superior a la del acero al carbono.
El carburo también se puede utilizar para fabricar herramientas de perforación de rocas, herramientas de minería, herramientas de perforación, herramientas de medición, piezas resistentes al desgaste, abrasivos metálicos, camisas de cilindros, cojinetes de precisión, boquillas, moldes metálicos (como matrices de trefilado de alambre, matrices de pernos, matrices de tuercas y varios moldes de fijación; el excelente rendimiento del carburo cementado reemplazó gradualmente a los moldes de acero anteriores).
Posteriormente, también se desarrolló el carburo cementado recubierto. En 1969, Suecia desarrolló con éxito una herramienta recubierta de carburo de titanio. La base de la herramienta es de carburo de tungsteno-titanio-cobalto o de tungsteno-cobalto. El espesor del recubrimiento de carburo de titanio en la superficie es de apenas unos micrones, pero en comparación con herramientas de aleación de la misma marca, la vida útil se triplica y la velocidad de corte aumenta entre un 25 % y un 50 %. En la década de 1970, apareció una cuarta generación de herramientas recubiertas para el mecanizado de materiales difíciles de trabajar.
¿Cómo se sinteriza el carburo cementado?
El carburo cementado es un material metálico fabricado mediante pulvimetalurgia de carburos y metales aglutinantes de uno o más metales refractarios.
Mprincipales países productores
Existen más de 50 países en el mundo que producen carburo cementado, con una producción total de entre 27.000 y 28.000 toneladas. Los principales productores son Estados Unidos, Rusia, Suecia, China, Alemania, Japón, Reino Unido y Francia, entre otros. El mercado mundial del carburo cementado está prácticamente saturado y la competencia es muy intensa. La industria china del carburo cementado comenzó a desarrollarse a finales de la década de 1950. Entre las décadas de 1960 y 1970, experimentó un rápido crecimiento. A principios de la década de 1990, la capacidad de producción total de carburo cementado de China alcanzó las 6.000 toneladas, y la producción mundial llegó a las 5.000 toneladas, situándose en tercer lugar a nivel mundial, solo por detrás de Rusia y Estados Unidos.
Cortador de WC
①Carburo cementado de tungsteno y cobalto
Los componentes principales son carburo de tungsteno (WC) y aglutinante cobalto (Co).
Su grado se compone de “YG” (“duro y cobalto” en pinyin chino) y el porcentaje de contenido promedio de cobalto.
Por ejemplo, YG8 significa que el promedio de WCo es del 8%, y el resto es carburo de tungsteno-cobalto o carburo de tungsteno.
cuchillos TIC
②Carburo de tungsteno-titanio-cobalto
Los componentes principales son carburo de tungsteno, carburo de titanio (TiC) y cobalto.
Su grado se compone de “YT” (“duro, titanio”, dos caracteres en el prefijo chino Pinyin) y el contenido promedio de carburo de titanio.
Por ejemplo, YT15 significa WTi promedio = 15%, y el resto es carburo de tungsteno y carburo de tungsteno-titanio-cobalto con contenido de cobalto.
Herramienta de tungsteno, titanio y tantalio
③Carburo cementado de tungsteno-titanio-tántalo (niobio)
Los componentes principales son carburo de tungsteno, carburo de titanio, carburo de tantalio (o carburo de niobio) y cobalto. Este tipo de carburo cementado también se denomina carburo cementado general o carburo cementado universal.
Su calificación se compone de “YW” (el prefijo fonético chino de “duro” y “débil”) más un número de secuencia, como YW1.
Características de rendimiento
Insertos soldados de carburo
Alta dureza (86～93HRA, equivalente a 69～81HRC);
Buena dureza térmica (hasta 900～1000℃, manteniendo 60HRC);
Buena resistencia a la abrasión.
Las herramientas de corte de carburo son de 4 a 7 veces más rápidas que las de acero rápido, y su vida útil es de 5 a 80 veces mayor. En la fabricación de moldes y herramientas de medición, su vida útil es de 20 a 150 veces mayor que la del acero aleado para herramientas. Pueden cortar materiales duros de hasta 50 HRC.
Sin embargo, el carburo cementado es frágil y no se puede mecanizar, y resulta difícil fabricar herramientas integrales con formas complejas. Por lo tanto, a menudo se fabrican cuchillas de diferentes formas, que se instalan en el cuerpo de la herramienta o del molde mediante soldadura, adhesión, sujeción mecánica, etc.
barra de forma especial
Sinterización
El moldeo por sinterización de carburo cementado consiste en prensar el polvo en un lingote, que luego se introduce en el horno de sinterización para calentarlo a una temperatura determinada (temperatura de sinterización), mantenerlo durante un tiempo determinado (tiempo de mantenimiento) y, a continuación, enfriarlo para obtener un material de carburo cementado con las propiedades requeridas.
El proceso de sinterización del carburo cementado se puede dividir en cuatro etapas básicas:
1: En la etapa de eliminación del agente formador y presinterización, el cuerpo sinterizado cambia de la siguiente manera:
Al aumentar la temperatura en la etapa inicial de sinterización, el agente de moldeo se descompone o vaporiza gradualmente, y el cuerpo sinterizado se elimina. El tipo, la cantidad y el proceso de sinterización varían.
Los óxidos en la superficie del polvo se reducen. A la temperatura de sinterización, el hidrógeno puede reducir los óxidos de cobalto y tungsteno. Si se elimina el agente formador al vacío y se sinteriza, la reacción carbono-oxígeno es débil. La tensión de contacto entre las partículas de polvo se elimina gradualmente, el polvo metálico aglutinante comienza a recuperarse y recristalizar, se inicia la difusión superficial y mejora la resistencia del briqueteado.
2: Etapa de sinterización en fase sólida (800 ℃ – temperatura eutéctica)
A la temperatura anterior a la aparición de la fase líquida, además de continuar el proceso de la etapa previa, se intensifican la reacción y la difusión en fase sólida, se potencia el flujo plástico y el cuerpo sinterizado se contrae significativamente.
3: Etapa de sinterización en fase líquida (temperatura eutéctica – temperatura de sinterización)
Cuando aparece la fase líquida en el cuerpo sinterizado, la contracción se completa rápidamente, seguida de una transformación cristalográfica para formar la estructura básica de la aleación.
4: Etapa de enfriamiento (temperatura de sinterización – temperatura ambiente)
En esta etapa, la estructura y la composición de fases de la aleación experimentan cambios con diferentes condiciones de enfriamiento. Esta característica puede aprovecharse para calentar el carburo cementado y mejorar sus propiedades físicas y mecánicas.
Fecha de publicación: 11 de abril de 2022
