El carburo cementado es un material de aleación formado por un compuesto duro de un metal refractario y un metal aglutinante mediante un proceso de metalurgia de polvos. Posee una serie de excelentes propiedades, como alta dureza, resistencia al desgaste, buena resistencia mecánica y tenacidad, resistencia al calor y a la corrosión. Su alta dureza y resistencia al desgaste se mantienen prácticamente inalteradas incluso a 500 °C, y su dureza se mantiene a 1000 °C. El carburo se utiliza ampliamente como material para herramientas, como herramientas de torneado, fresas, cepilladoras, brocas, mandrinadores, etc., para cortar hierro fundido, metales no ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafito, vidrio, piedra y acero común. También se puede utilizar para cortar materiales difíciles de mecanizar, como acero resistente al calor, acero inoxidable, acero con alto contenido de manganeso, acero para herramientas, etc. La velocidad de corte de las nuevas herramientas de carburo es ahora cientos de veces superior a la del acero al carbono.
Aplicación de carburo cementado
(1) Material de la herramienta
El carburo es el material más utilizado en la fabricación de herramientas, como herramientas de torneado, fresas, cepilladoras, brocas, etc. El carburo de tungsteno-cobalto es adecuado para el mecanizado de viruta corta de metales ferrosos y no ferrosos, así como para el mecanizado de materiales no metálicos, como hierro fundido, latón fundido, baquelita, etc. El carburo de tungsteno-titanio-cobalto es adecuado para el mecanizado de viruta a largo plazo de metales ferrosos como el acero. Entre las aleaciones similares, las que tienen mayor contenido de cobalto son adecuadas para el mecanizado basto, y las que tienen menor contenido de cobalto son adecuadas para el acabado. Los carburos cementados de uso general tienen 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, como matrices de trefilado en frío, matrices de punzonado en frío, matrices de extrusión en frío y matrices de punzonado en frío.
Los troqueles de carburo para conformado en frío deben tener 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, como impactos fuertes o moderados. Generalmente se utilizan aleaciones con contenido medio y alto de cobalto y de grano medio y grueso, como la YG15C.
En general, la relación entre la resistencia al desgaste y la tenacidad del carburo cementado es contradictoria: un aumento de la resistencia al desgaste conlleva una disminución de la tenacidad, y un aumento de la tenacidad inevitablemente conlleva una disminución de la resistencia al desgaste. Por lo tanto, al seleccionar las aleaciones, es necesario cumplir con los requisitos de uso específicos según el objeto de procesamiento y las condiciones de trabajo.
Si el grado seleccionado es propenso a agrietarse y dañarse prematuramente durante el uso, se debe seleccionar el grado con mayor tenacidad; si el grado seleccionado es propenso al desgaste y daño prematuramente durante el uso, se debe seleccionar el grado con mayor dureza y mejor resistencia al desgaste. Los siguientes grados: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C De izquierda a derecha, la dureza disminuye, la resistencia al desgaste disminuye y la tenacidad aumenta; por el contrario, lo opuesto es cierto.
(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 guía 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 se encuentra entre 1 y 2 micras, y su pureza es muy alta. Las materias primas se dosifican según la proporción de composición prescrita, y se añade alcohol u otros medios a la molienda húmeda en un molino de bolas húmedo para lograr una mezcla y pulverización completas. La mezcla se tamiza. Luego, se granula, se prensa y se calienta a una temperatura cercana al punto de fusión del metal aglutinante (1300-1500 °C), formando la fase endurecida y el metal aglutinante una aleación eutéctica. Tras el enfriamiento, las fases endurecidas se distribuyen en la red compuesta por el metal aglutinante y se conectan estrechamente entre sí para formar un todo sólido. La dureza del carburo cementado depende del contenido de fase endurecida y del tamaño de grano; es decir, cuanto mayor sea el contenido de fase endurecida y más finos sean los granos, mayor será la dureza. La tenacidad del carburo cementado está determinada por el metal aglutinante. Cuanto mayor sea el contenido de metal aglutinante, mayor será la 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, creando 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 se agrietaba. En 1929, Schwarzkov, en Estados Unidos, añadió una cierta cantidad de carburo de tungsteno y carburo de titanio a la composición original, lo que mejoró el rendimiento de la herramienta al cortar acero. Este fue otro logro importante en la historia del desarrollo del carburo cementado.
El carburo cementado posee una serie de excelentes propiedades, como alta dureza, resistencia al desgaste, buena resistencia mecánica y tenacidad, resistencia al calor y a la corrosión. En particular, su alta dureza y resistencia al desgaste se mantienen prácticamente inalteradas incluso a 500 °C, y aún conservan una alta dureza a 1000 °C. El carburo se utiliza ampliamente como material para herramientas, tales como herramientas de torneado, fresas, cepilladoras, brocas, mandrinadores, etc., para cortar hierro fundido, metales no ferrosos, plásticos, fibras químicas, grafito, vidrio, piedra y acero común. También se puede utilizar para cortar materiales difíciles de mecanizar, como acero resistente al calor, acero inoxidable, acero con alto contenido de manganeso, acero para herramientas, etc. La velocidad de corte de las nuevas herramientas de carburo es ahora cientos de veces mayor que 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, revestimientos de cilindros, cojinetes de precisión, boquillas, moldes metálicos (como matrices de trefilado, matrices de pernos, matrices de tuercas y diversos moldes de fijación; el excelente rendimiento del carburo cementado ha sustituido gradualmente a los moldes de acero anteriores).
Posteriormente, también surgieron las herramientas de carburo cementado recubierto. En 1969, Suecia desarrolló con éxito una herramienta recubierta de carburo de titanio. La base de la herramienta es carburo de tungsteno-titanio-cobalto o carburo de tungsteno-cobalto. El espesor del recubrimiento de carburo de titanio en la superficie es de tan solo unas pocas micras, 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.
¿Cómo se sinteriza el carburo cementado?
El carburo cementado es un material metálico fabricado mediante metalurgia de polvos a partir de carburos y metales aglutinantes de uno o más metales refractarios.
Mprincipales países productores
En el mundo existen más de 50 países 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, Francia, etc. El mercado mundial del carburo cementado está prácticamente saturado y la competencia es muy feroz. La industria china del carburo cementado comenzó a tomar forma a finales de la década de 1950. Entre las décadas de 1960 y 1970, la industria china del carburo cementado se desarrolló rápidamente. 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 total de carburo cementado llegó a las 5.000 toneladas, siendo la segunda más grande del mundo, solo superada por Rusia y Estados Unidos.
Cortadora de WC
①Carburo cementado de tungsteno y cobalto
Los componentes principales son el carburo de tungsteno (WC) y el cobalto (Co) como aglutinante.
Su grado se compone de “YG” (“duro y cobalto” en pinyin chino) y el porcentaje de contenido medio de cobalto.
Por ejemplo, YG8 significa que el WCo promedio es del 8%, y el resto es carburo de tungsteno-cobalto.
cuchillos TIC
②Carburo de tungsteno-titanio-cobalto
Los componentes principales son el carburo de tungsteno, el carburo de titanio (TiC) y el cobalto.
Su grado se compone de “YT” (“duro, titanio”, dos caracteres en el prefijo chino Pinyin) y un contenido medio de carburo de titanio.
Por ejemplo, YT15 significa un promedio de WTi=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-tantalio (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 conoce como carburo cementado general o carburo cementado universal.
Su grado se compone de “YW” (el prefijo fonético chino de “duro” y “vaya”) 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℃, mantiene 60 HRC);
Buena resistencia a la abrasión.
Las herramientas de corte de carburo son de 4 a 7 veces más rápidas que las de acero de alta velocidad, 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 de las herramientas de acero aleado. Permiten cortar materiales duros de aproximadamente 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, unión adhesiva, sujeción mecánica, etc.
Barra de forma especial
Sinterización
El moldeo por sinterización de carburo cementado consiste en prensar el polvo para formar un lingote, introducirlo en un horno de sinterización para calentarlo a una temperatura determinada (temperatura de sinterización), mantenerla durante un tiempo determinado (tiempo de mantenimiento) y, finalmente, 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:
La eliminación del agente de moldeo, con el aumento de la temperatura en la etapa inicial de la sinterización, provoca que el agente de moldeo se descomponga o vaporice gradualmente, y el cuerpo sinterizado queda excluido. 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 el agente formador se elimina al vacío y se sinteriza, la reacción carbono-oxígeno no es intensa. La tensión de contacto entre las partículas de polvo se elimina gradualmente, el polvo metálico aglutinante comienza a recuperarse y recristalizarse, se inicia la difusión superficial y mejora la resistencia de briquetado.
2: Etapa de sinterización en fase sólida (800℃ – temperatura eutéctica)
A la temperatura previa a la aparición de la fase líquida, además de continuar el proceso de la etapa anterior, se intensifican la reacción y la difusión en fase sólida, se mejora 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 y la estructura 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 algunos cambios según las condiciones de enfriamiento. Esta característica puede utilizarse para calentar el carburo cementado y mejorar sus propiedades físicas y mecánicas.
Fecha de publicación: 11 de abril de 2022
