Materiales Cer�micos by 15YZi9l7

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									       Materiales de
       herramientas

Germán Sarmiento   200426041
Sebastián García   200323081
-Carburos metálicos (clase anterior)
-Carburos metálicos especiales
-Carburos metálicos recubiertos
-Materiales cerámicos (cerámicas de corte)
-Nitruro de boro cúbico
-Diamantes naturales
-Diamantes sinterizados policristalinos
-Conclusiones sobre la elección de los
materiales para herramientas
     Carburos metálicos especiales

Carburos de grano micrométrico o mejorados
   Partículas de dimensiones menores a una micra
   Resistencia transversal cerca del doble de los
    carburos normales, dureza comparable (inferior).
    Gracias a esto se pueden usar grandes ángulos de
    incidencia y desprendimiento
   Se recomiendan cuando el desgaste es muy grande
    en aceros rápidos y cuando los carburos normales
    son sobredimensionados y/o no son lo
    suficientemente resistentes (además de ser frágiles)
Carburos “fundidos” (cast carbide)

   Matriz ligante refractaria con una dispersión
    de carburos
   Compuestos de 20% Ti, 58% W, 22% C
   Elevada resistencia y dureza en caliente
   Adecuados para desbastes de aleaciones o
    aceros inoxidables a altas velocidades de
    corte
   Resistencia al desgaste por difusión
    mejorada, pero no son recomendables para
    mecanizar fundición y superaleaciones
    porque se desgastan por fatiga (fragilidad).
   Carburos metálicos recubiertos


Se deposita termoquímicamente por vapor
un recubrimiento sobre la herramienta. La
unión es muy resistente
Usualmente las capas son de óxidos,
nitruros o carburos de Ti, W y Al
La dureza es muy elevada y se reduce el
el rozamiento, así son muy resistentes al
desgaste
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Estas características de los carburos recubiertos permiten elevadas
velocidades de corte, hasta 50% más que los convencionales y su
duración puede llegar a ser hasta 3 veces mayor.
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    Uno de los problemas
    de tener varias capas
    es la diferencia de
    elasticidad y dilatación
    térmica de las
    diferentes capas. Esto
    se ha resuelto creando
    zonas de difusión,
    haciendo que la
    variación sea
    progresiva
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Insertos (pastillas) de
carburos metálicos




                              Algunas herramientas con recubrimientos
       Materiales Cerámicos
Alrededor de 1954
aparecieron los
primeros materiales
cerámicos para
herramientas. (en
forma de plaquitas)
Se clasifican en 2
tipos:
   Los Cermets
   Los óxidos
    sinterizados
Se caracterizan por su optima calidad en especial en
condiciones alta velocidad de corte.
No se pueden emplear con eficacia en máquinas
herramientas de baja potencia. Se necesitan
máquinas muy rígidas y de gran potencia para
aprovechar la resistencia al calor y dureza de estos
materiales.
Así mismo son químicamente inertes y soportan altas
temperaturas de trabajo sin perder su dureza.
La misma dureza que caracteriza a las herramientas
cerámicas las hace mas frágiles que los carburos y
que otros materiales.
La conductividad térmica 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 cráter o hendidura.
Los Cermets
    Son materiales sinterizados, constituidos por
     un componente no metálico ( óxidos, silicatos,
     carburo de silicio, carburo de boro). Y
     componentes metálicos de alto punto de
     fusión ( Mo, Cr, V).
    Los cermets comúnmente utilizados en
     herramientas se obtienen por la sinterización
     del oxido de aluminio (Al2O3) junto con el
     carburo de Molibdeno (Mo2C) y el carburo de
     vanadio (VC).
    El porcentaje de carburos metálicos oscila
     entre el 5-40%
El aglomerante es níquel-cobalto y también se
usan partículas base de TiC, TiCN, TiN.
Buena resistencia al desgaste y formación de
cráteres, alta estabilidad química y dureza en
caliente.
 Baja tendencia a la oxidación y a la formación
del filo aportado. Son de gran dureza y
resistencia a la abrasión.
Frágiles y poco tenaces
Los cermets se aplican mejor a aquellos
materiales que producen una viruta dúctil,
aceros y las fundiciones dúctiles.
Óxidos Sinterizados
 Se usa una Alumina casi pura sinterizada
 (99,5% Al2O3). Con pequeñas cantidades de
 (SiO2) y (Cr2O3).
 La materia prima es un polvo fino de alumina
 con un tamaño de grano ≈ (1μm)
 Las plaquitas son producidas ya sea por
 prensado en frió o en caliente a 40-50 ksi. Y
 luego se sinteriza a una temperatura entre los
 1600 y 1700oC.
 Es posible comprimir y sinterizar
 simultáneamente en caliente.
Los insertos de cerámica prensados en
caliente se sintetizan estando a presión, y
son más 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.
También hay herramientas cerámicas que
usan el nitruro de silicio (Si3N4) como
componente principal.
Características de los Óxidos
Sinterizados
 Baja conductividad térmica.
     Calentamiento uniforme del filo
     Transferencia 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 óptimo acabado superficial.
La resistencia a la
compresión de las
herramientas de
cerámica es muy alta.
Por lo que es bastante
frágil.
El mango de soporte
debe explotar las
ventajas de las
herramientas cerámicas.
Y debe evitar los
principales problemas.
Los mangos deben permitir un buen apoyo de la
palanquita y un voladizo mínimo para que no se
presenten deformaciones por flexión.
Las fuerzas de compresión 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 ángulos deben ser escogidos
cuidadosamente, la experiencia dice que el
ángulo de desprendimiento debe ser cercano a
0o y el de incidencia cercano a 10º.
Las herramientas cerámicas se han
utilizado para mecanizar materiales que
aunque no son muy resistentes, ejercen
intensa acción de desgaste (abrasión)
sobre la herramienta.
   Materias Plásticas
   Grafito
   Metales
   Aleaciones no ferrosas
     Nitruro de boro cúbico
Soporte de carburo con una fina capa o un
pequeño inserto de nitruro de boro cúbico
Segundo material más duro conocido. Es
frágil, pero poco reactivo y tiene una
elevada estabilidad térmica (>1000ºC)
Permite altas velocidades de corte en
aleaciones muy duras, como las de níquel
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Herramientas de nitruro de boro cúbico
Diamantes Naturales
 Es el material mas duro que se conoce.
 Se dividen en:
      Diamantes Negros
      Diamantes Blancos
 Los diamantes negros no tienen planos de
 exfoliación, 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 precisión sobre metales
blandos, aleaciones ligeras y aleaciones
del cobre. También se usa en el corte de
vidrios.
El filo de mantiene durante largo tiempo, y
logra el corte de sobre metal mínimo
(hasta 0,005mm) con tolerancias del
orden de milésimas de milímetro
 Aplicaciones del Diamante.
Torneado y mandrilado de precisión sobre
    Aleaciones de aluminio, bronce
    Metal antifricción
    Materias plásticas
Diamantes para reavivar muelas simples y
múltiples
Muelas diamantadas: (Abrasivo constituido por
polvo de diamante)
Hileras: producción de alambres metálicos
Los polvos de diamantes también se usan en
bruñido y lapeado de precisión.
Los soportes deben ser muy rígidos y no
debe haber vibraciones.
El diamante se une a la herramienta por
medio de soldadura de bronce o latón o
por sujeción metálica con una
interposición de una lamina de metal
blando.
       Diamantes Sinterizados
           Policristalinos
Formados a partir de polvo de diamantes por
compresión y sinterización a una presión 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 cobre
     Plásticos
     Grafito
     Carburos
     Cerámicos. 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, níquel o
hierro debido a fenómenos de difusión entre la
herramienta y al pieza.
Conclusión sobre la selección de
  materiales de herramientas.
No existe la herramienta que tenga una superioridad
neta sobre las demás.
Se deben considerar las condiciones especificas de
corte al momento de seleccionar el material.

   Velocidad de Corte
   Avance
   Material a Mecanizar
   Tipo 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 operación de mecanizado, así hay que encontrar un
material para herramientas que tenga un compromiso
entre las diferentes propiedades
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Velocidad de corte a través del
tiempo                            Dureza Vs. Temperatura
Tenacidad a la fractura vs.
       Resistencia          5
Resistencia @T vs. Temperatura
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                Bibliografía
1 , 7– Tomado de Micheletti G.F, Mecanizado por
arranque de viruta – Ed Blume, Barcelona 1980
2 – Tomado de www.hartmetallschrott.de/gfx7.jpg
vistada el 12/03/07
3 – Tomado de www.tomahawktoolservice.com
vistada el 12/03/07
4 - Tomado de www.kompetenznetze.de vistada el
12/03/07
5 - Tomado de http://www.sumitomo-
hardmetal.co.uk/ vistada el 12/03/07
5,6 Tomado de Ashby, Michael F. Materials and
design : the art and science of material selection in
product design. PDF appendix C

								
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