Diseño de un nuevo carburo cementado de matriz base Cr-Fe

El material de mayor uso hasta la actualidad para obtención de herramientas de corte, es el carburo cementado/metal duro formado por CW-Co. En la presente investigación, se pretende fabricar un nuevo material, mediante el diseño, primero, de los constituyentes y las proporciones y, segundo, con una adecuada elección de técnicas en los pasos críticos de obtención de los polvos y su consolidación. Se concluirá con la caracterización de las muestras obtenidas, para, mediante comparación de sus propiedades mecánicas con las de productos comerciales, determinar el grado de éxito. Respecto a la elección de los elementos constituyentes, actualmente existe un intenso impulso en I+D de nuevos materiales que suplan al CW-Co, derivado de ciertos inconvenientes como los que se resumen: diversos informes de agencias de salud establecen claras relaciones entre el uso de Co y riesgos para la salud, alto precio y problemas de disponibilidad. Este proyecto sigue esa línea investigadora al fabricar carburos cementados que tengan aleaciones base Cr como matriz y eviten el empleo del Co. Este elemento ya ha sido previamente utilizado en la industria de materiales para procesos de corte, ya sea como parte de la matriz metálica o del recubrimiento. Sin embargo, los usos se han limitado a porcentajes bajos de aleación con objetivos determinados: protección ante corrosión, control del crecimiento de grano durante el consolidado, etc. También se pueden encontrar en la literatura experimentos con el objeto de esclarecer cuestiones teóricas, como fenómenos de difusión o fases que puedan ser obtenidas durante el procesado. No obstante, en la labor previa del presente trabajo de investigación de búsqueda de bibliografía referente al procesado de carburos cementados, no se han encontrado estudios similares en lo relativo a que en el presente trabajo el Cr es la base de la matriz metálica. Lo que supone una auténtica novedad y una posible fuente de innovación para el sector de materiales para herramientas de corte. La principal razón teórica del porqué de la elección de Cr, es el hallazgo de cierta solubilidad de este elemento en la fase refuerzo del carburo cementado a diseñar, el CW, evento del que se espera provoque buena interacción entre ambos y por tanto buenas propiedades mecánicas [1]. Con la idea de facilitar la mezcla y sobretodo la consolidación, la elección final para la matriz metálica del carburo cementado es una aleación CrFe, compuesta por un 71 % en peso de Cr y un 29 % de Fe, pues existen ensayos previos con matrices base Fe en el que dicho elemento aporta a dichos materiales buenas propiedades [2]. Aclarado el tipo de compuesto que se quiere fabricar, se deben fabricar los polvos para su posterior consolidación. Se ha seleccionado la molienda de alta energía para que las dos fases, la metálica y la de refuerzo, interaccionen al máximo generando polvos en los que cada partícula obtenida tenga la composición deseada de CW-CrFe, con una homogeneización y dispersión eficiente ya desde el origen. A continuación, se consolidarán estos polvos resultado de la molienda, recurriendo a FAHP (Field Assisted Hot Pressing/consolidación en caliente asistida por campo eléctrico) una técnica nueva de sinterizado rápido que aplica presión y temperatura simultáneamente, con el objeto de conseguir un sólido de alta densificación en poco tiempo, lo que previene el crecimiento de grano. Por último, de los diversos polvos empleados en el presente trabajo (los de partida y los sucesivamente procesados mediante aleación mecánica) se analiza su distribución de tamaño mediante técnicas de difracción láser y su microestructura con microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X. Los sólidos consolidados, se analizan microestructuralmente y composicionalmente, como primer acercamiento a sus caracterísitcas microestructurales y se llevan a cabo además medidas de dureza. En esta investigación se han introducido conceptos que otorgan originalidad al conjunto: uso de Cr como elemento base de la fase metálica (en sustitución del Co) de un carburo cementado, aleación mecánica (lejos tecnológicamente de la mezcla convencional) y consolidación mediante FAHP, método novedoso de sinterización alejado de la vía convencional de prensado más posterior calentamiento en horno.Ingeniería Industria

Development of a Cr-based hard composite processed by spark plasma sintering

This investigation analyzes the feasibility of processing a composite material comprising WC particles randomly dispersed in a matrix in which Cr is the main metallic binder. Thus, a new composite material is processed using a commercial, economic, and easily available Cr-based alloy, assuming that there is a certain Cr solubility in the WC particles acting as reinforcement. The processing route followed includes mechanical milling of the powders and consolidation by spark plasma sintering.Publicad