Las aleaciones duras son materiales cermet y metálicos duros y resistentes al desgaste capaces de mantener estas propiedades a 900–1150 °C. Están hechos principalmente de materiales duros y refractarios a base de carburos de tungsteno , titanio , tantalio , cromo , unidos con un enlace metálico de cobalto o níquel, con diferentes contenidos de cobalto o níquel .
Hay aleaciones duras sinterizadas y fundidas. La principal característica de las aleaciones duras sinterizadas es que sus productos se obtienen por métodos de pulvimetalurgia y solo se pueden moler o los métodos de procesamiento físico-químicos (láser, ultrasónico, grabado ácido, etc.) también se procesan bien por el método electroerosivo , y las aleaciones duras fundidas están destinadas a la superficie en la herramienta equipada y se someten no solo a un tratamiento mecánico, sino también a menudo térmico ( endurecimiento , recocido , envejecimiento , etc.). Los elementos hechos de aleaciones duras en polvo se fijan en la herramienta equipada mediante soldadura dura o fijación mecánica.
Las aleaciones duras se distinguen por los metales de carburos presentes en ellas: tungsteno - VK2, VK3, VK3M, VK4V, VK6M, VK6, VK6V, VK8, VK8V, VK10, VK15, VK20, VK25; titanio-tungsteno - T30K4, T15K6, T14K8, T5K10, T5K12V; titanio-tantalio-tungsteno - TT7K12, TT10K8B. Sin tungsteno: TNM20, TNM25, TNM30.
Según la composición química, las aleaciones duras se clasifican:
Las aleaciones de carburo se dividen según su finalidad (clasificación ISO) en:
Debido al costo relativamente alto del tungsteno, se ha desarrollado un grupo de aleaciones duras sin tungsteno llamadas cermets. Estas aleaciones contienen carburos de titanio (TiC), carbonitruros de titanio (TiCN) unidos por una base de níquel-molibdeno. La tecnología de su fabricación es similar a las aleaciones duras que contienen tungsteno.
En comparación con las aleaciones duras de tungsteno, estas aleaciones tienen menor resistencia a la flexión, resistencia al impacto, son sensibles a los cambios de temperatura debido a la baja conductividad térmica , pero tienen las ventajas de una mayor resistencia al calor (1000 ° C) y una baja adherencia de virutas con los materiales que se procesan. por lo que no son propensos a la formación de excrecencias del material procesado en la herramienta durante el corte, por lo que se recomienda su uso para acabado y semiacabado. Según su uso previsto, pertenecen al grupo P según la clasificación ISO .
Las plaquitas de metal duro con 86–92 HRA tienen alta resistencia al desgaste y dureza roja (800–1000 °C), lo que permite el mecanizado a velocidades de corte de hasta 800 (2000 para aleaciones y metales no ferrosos) m/min.
Las aleaciones de carburo se fabrican sinterizando una mezcla de polvos de carburo y cobalto . Los polvos son prefabricados por reducción química (1-10 micras), mezclados en la proporción adecuada y prensados bajo una presión de 200-300 kgf/cm², y luego sinterizados en moldes correspondientes a las dimensiones de las placas terminadas, a una temperatura de 1400 -1500°C, en atmósfera protectora. Las aleaciones duras sinterizadas no se someten a tratamiento térmico , ya que tienen propiedades básicas inmediatamente después de su fabricación.
Materiales compuestos que consisten en un compuesto similar al metal cementado por un metal o aleación . Su base suele ser carburos de tungsteno o titanio, carburos complejos de tungsteno y titanio (a menudo también tantalio ), carbonitruro de titanio, con menos frecuencia otros carburos , boruros y similares. Como matriz para contener granos de material sólido en el producto, se utiliza el llamado "enlace": metal o aleación. Habitualmente, el cobalto se utiliza como “aglomerante”, ya que el cobalto es un elemento neutro respecto al carbono, no forma carburos y no destruye los carburos de otros elementos, menos frecuentemente el níquel , su aleación con el molibdeno (enlace níquel-molibdeno ).
Producción de aleaciones duras por pulvimetalurgia ligeraLas aleaciones duras se pueden dividir condicionalmente en tres grupos principales:
Cada uno de los grupos anteriores de aleaciones duras se subdivide a su vez en grados que difieren entre sí en composición química, propiedades físicas, mecánicas y operativas.
Algunos grados de la aleación, que tienen la misma composición química, difieren en el tamaño de grano de los componentes de carburo, lo que determina la diferencia en sus propiedades físicas, mecánicas y operativas y, por lo tanto, las áreas de aplicación.
Las propiedades de los grados de aleaciones duras se calculan de tal manera que el surtido fabricado pueda satisfacer al máximo las necesidades de la producción moderna. Al elegir un grado de aleación, se debe tener en cuenta: el alcance de la aleación, la naturaleza de los requisitos para la precisión de las superficies mecanizadas, el estado del equipo y sus datos cinemáticos y dinámicos.
Las designaciones de grados de aleaciones se construyen de acuerdo con el siguiente principio:
Aleaciones duras utilizadas para el corte de metales: VK6, VKZM, VK6M, VK60M, VK8, VK10KHOM, TZOK4, T15K6, T14K8, T5K10, TT7K12, TT20K9.
Aleaciones duras utilizadas para el procesamiento sin astillas de metales y madera, piezas de desgaste de máquinas, instrumentos y dispositivos: VKZ, VKZM, VK6, VK6M, VK8, VK15, VK20, VK10KS. VK20KS.
Aleaciones duras utilizadas para equipar herramientas de minería: VK6V, VK4V, VK8VK, VK8, VK10KS, VK8V, VK11VK, VK15.
En la URSS y ahora en Rusia, se utilizan las siguientes aleaciones duras sinterizadas para el corte de metales [2] :
Aleaciones duras sinterizadas rusas:Grado de aleación |
WC% | Tic% | TaC% | Co% | Resistencia a la flexión ( σ ), MPa |
Dureza , HRA |
Densidad (ρ), g/cm3 |
Conductividad térmica (λ), W/(m °С) |
Módulo de Young (E), GPa |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VK2 | 98 | — | — | 2 | 1200 | 91.5 | 15.1 | 51 | 645 |
| VK3 | 97 | — | — | 3 | 1200 | 89.5 | 15.3 | 50.2 | 643 |
| VK3-M | 97 | — | — | 3 | 1550 | 91 | 15.3 | 50.2 | 638 |
| VC4 | 96 | — | — | cuatro | 1500 | 89.5 | 14.9-15.2 | 50.3 | 637.5 |
| VK4-V | 96 | — | — | cuatro | 1550 | 88 | 15.2 | 50.7 | 628 |
| VK6 | 94 | — | — | 6 | 1550 | 88.5 | quince | 62.8 | 633 |
| VK6-M | 94 | — | — | 6 | 1450 | 90 | 15.1 | 67 | 632 |
| VK6-OM | 92 | — | 2 | 6 | 1300 | 90.5 | quince | 69 | 632 |
| VK8 | 92 | — | — | ocho | 1700 | 87.5 | 14.8 | 50.2 | 598 |
| VK8-V | 92 | — | — | ocho | 1750 | 89 | 14.8 | 50.4 | 598.5 |
| VK10 | 90 | — | — | diez | 1800 | 87 | 14.6 | 67 | 574 |
| VK10-OM | 90 | — | — | diez | 1500 | 88.5 | 14.6 | 70 | 574 |
| VK15 | 85 | — | — | quince | mil novecientos | 86 | 14.1 | 74 | 559 |
| VK20 | 80 | — | — | veinte | 2000 | 84.5 | 13.8 | 81 | 546 |
| VK25 | 75 | — | — | 25 | 2150 | 83 | 13.1 | 83 | 540 |
| VK30 | 70 | — | — | treinta | 2400 | 81.5 | 12.7 | 85 | 533 |
| Т5К10 | 85 | 6 | — | 9 | 1450 | 88.5 | 13.1 | 20,9 | 549 |
| Т5К12 | 83 | 5 | — | 12 | 1700 | 87 | 13.5 | 21 | 549.3 |
| Т14К8 | 78 | catorce | — | ocho | 1300 | 89.5 | 11.6 | 16.7 | 520 |
| T15K6 | 79 | quince | — | 6 | 1200 | 90 | 11.5 | 12.6 | 522 |
| T30K4 | 66 | treinta | — | cuatro | 1000 | 92 | 9.8 | 12.57 | 422 |
| TT7K12 | 81 | cuatro | 3 | 12 | 1700 | 87 | 13.3 | ||
| TT8K6 | 84 | ocho | 2 | 6 | 1350 | 90.5 | 13.3 | ||
| TT10K8-B | 82 | 3 | 7 | ocho | 1650 | 89 | 13.8 | ||
| TT20K9 | 67 | 9.4 | 14.1 | 9.5 | 1500 | 91 | 12.5 | ||
| TN-20 | — | 79 | (Ni15%) | (Mo6%) | 1000 | 89.5 | 5.8 | ||
| TN-30 | — | 69 | (Ni23%) | (Mo29%) | 1100 | 88.5 | 6 | ||
| TN-50 | — | 61 | (Ni29%) | (Mo10%) | 1150 | 87 | 6.2 |
Los fabricantes extranjeros de aleaciones duras, por regla general, utilizan cada uno sus propios grados de aleaciones y designaciones.
Corrientemente[ ¿cuándo? ] en la industria rusa de aleaciones duras, se están llevando a cabo investigaciones en profundidad relacionadas con la posibilidad de mejorar las propiedades de rendimiento de las aleaciones duras y ampliar el alcance. En primer lugar, estos estudios se refieren a la composición química y granulométrica de las mezclas RTP (listas para prensar). Uno de los ejemplos exitosos recientes son las aleaciones del grupo TSN (TU 1966-001-00196121-2006), desarrolladas específicamente para unidades de fricción de trabajo en ambientes ácidos agresivos. Este grupo es una continuación lógica en la cadena de aleaciones con enlace de níquel VN desarrolladas por el Instituto de Investigación de Aleaciones Duras de toda Rusia . Se observó experimentalmente que con una disminución en el tamaño de grano de la fase de carburo en una aleación dura, la dureza y la resistencia aumentan cualitativamente. Las tecnologías de reducción de plasma y control del tamaño de partículas permiten actualmente la producción de aleaciones duras con tamaños de grano (WC) que pueden ser inferiores a 1 micrómetro. Las aleaciones del grupo TSN se utilizan ampliamente en la producción de unidades de bombas de petróleo y gas y productos químicos de fabricación rusa.
Las aleaciones duras fundidas se obtienen por fusión y fundición .
Las aleaciones duras son actualmente un material de herramienta común ampliamente utilizado en la industria de herramientas. Los carburos refractarios en la estructura de la aleación dan a la herramienta de carburo una alta dureza HRA 80–92 (HRC 73–76), resistencia al calor (800–1000 °C), por lo que se pueden trabajar a velocidades varias veces superiores a las velocidades de corte de los aceros rápidos . Sin embargo, a diferencia de los aceros rápidos, las aleaciones duras tienen una resistencia a la flexión reducida ( σ y = 1000-1500 MPa), baja resistencia al impacto . Las aleaciones duras no son tecnológicas: debido a su alta dureza, es imposible hacer una herramienta de forma compleja de una sola pieza, además, están mal rectificadas y procesadas solo con una herramienta de diamante, por lo que generalmente se usan aleaciones duras. en forma de placas que se fijan mecánicamente en portaherramientas o se sueldan a ellos.
Las aleaciones duras debido a su alta dureza se utilizan en las siguientes áreas: