DISEÑO DE HERRAMIENTASDISEÑO DE HERRAMIENTAS

ALEACIONES PARA HERRAMIENTAS

David Bejarano CarvajalJorge Guerra Benjumea

Concepto de aleación

Mezcla homogénea de propiedades metálicas

Compuesta de dos o mas elementos donde por lo menos uno es un metal

Fe Al Cu Pb P C Si S As

Analogía Agua-sal

Soluto + SolventeSoluto + Solvente

Cristalografía

Estado cristalino Estructura cristalina

La aleación es una solución solida

Sustitusional Intersticial

SOLUCIÓN SÓLIDA SUBSTITUCIONAL

SOLUCIÓN SÓLIDA INTERSTICIAL

Reglas de Hume-Rothery

se establecen las condiciones necesarias que debe presentar una solución sólida total acorde a los átomos del soluto y del solvente

Radio atómico de los elementos debe ser relativamente igual. Tamaños de los radios atómicos de soluto y solvente no sean mayor a un 15% (del tamaño del solvente)

Tipos de celdas cristalinas similares.

El metal de menor valencia es el solvente.

Si hay alta afinidad química, se forman compuestos.

Elwood Haynes

1922

Aleaciones de metal estelita

Acero inoxidable martensitico

Estelita (Stellite)

Cobalto-cromo

•Diseñado para que un material tuviese resistencia al desgaste

•tungsteno o molibdeno •Carbono

COMPOSICIÓN

45 al 50 % de Cobalto

15 al 20 % de Tugsteno

25 al 30 % de Cromo

1.5 al 2.5 % de Carbono

CARACTERÍSTICAS

Son obtenidas por fusión y envasadas en moldes luego dimensionadas por rectificado. No son templables.

Estructura costituída por carbonatos en forma de agujas en una matriz de cobalto.

MICROGRAFÍA AMPLIADA 100 VECES

Su principal ventaja: mantienen elevada dureza en caliente (700 a 800°C).En temperatura ambiente la dureza oscila entre 64 y 65 HRC.La denominación comercial depende de la casa fabricante, algunas de ellas son:

Stellite Tantung Steltan.

Relaciones típicas de dureza en caliente para materiales de herramienta seleccionados. Los aceros al carbono muestran una rápida pérdida de dureza conforme aumenta la temperatura. Los aceros de alta velocidad son sustancialmente mejores, mientras que los carburos cementados y los cerámicos son significativamente más duros a temperaturas elevadas.

Influencia de los elementos aleados en forma de solución sólida en las propiedades mecánicas de los metales base.

1. Curva de solidificación de un metal puro

2. Curva de solidificación de una aleación de los metales

MATERIAL RESISTENCIA A LA RUPTURA TRANSVERSAL

DUREZA Lb/pulg2 (Mpa)

Acero al carbono 60 HRC 750.000 (5.200)

Acero de alta velocidad 65 HRC 600.000 (4.100)

Aleación de fundición de cobalto 65 HRC 325.000 (2.250)

Carburo cementado (WC)

Bajo contenido de Co 93 HRA, 1.800 HK 200.000 (1.400)

Alto contenido de Co 90 HRA, 1.700 HK 350.000 (2.400)

Cermet (TiC) 2.400 HK 250.000 (1.700)

Alúmina (Al2O3) 2.100 HK 60.000 (400)

Nitruro Cúbico de boro 5.000 HK 100.000 (700)

Diamante policristalino 6.000 HK 150.000 (1.000)

Diamante natural 8.000 HK 215.000 (1.500)

Valores típicos de dureza a temperatura ambiente y resistencia a la ruptura transversal para varios materiales de herramienta.

Materiales de herramientas de corte con sus datos aproximados de uso inicial y velocidades de corte permisibles

AÑO DE VELOCIDAD PERMISIBLE DE CORTE

MATERIAL DE HERRAMIENTA USO INICIAL PIES/MIN (M/MIN)

Acero de herramienta al carbono 1.800s

Corte de metales 30 (10)

Corte de acero 15 (5)

Acero de alta velocidad 1.900

Corte de metales 75 – 200 (25 – 65)

Corte de acero 50 – 100 (17 – 33)

Aleaciones de fundición de cobalto 1.915

Corte de metales 150 – 600 (50 – 200)

Corte de acero 100 – 300 (33 – 100)

Carburos cementados (WC)

Corte de metales 1.930 1000 – 2000 (330 – 650)

Corte de acero 1.940 300 – 900 (100 – 300)

Cermets (TiC) 1.950

Corte de acero 500 – 1.200 (165 – 400)

Cerámicos 1.955

Corte de acero 1000 – 2000 (330 – 650)

Diamantes sintéticos 1.954 – 1.973

Corte de metales 1200 – 4000 (390 – 1.300)

Nitruro de boro cúbico 1.969

Corte de acero 1500 – 2500 (500 – 800)

Carburos recubiertos 1.900

Corte de acero 500 – 1200 (165 – 400)

STELLITE

El Estelite o Stellite es una aleación de cobalto-cromo creada para aumentar la resistencia al desgaste de los metales. Puede también contener tungsteno y una cantidad pequeña, pero importante, de carbón. Es una marca registrada de Deloro Stellite Company y fue inventado por Elwood Haynes a principios del siglo XX como substituto para los recubrimientos de cuberteria (en algunos países llamado "servicios") que debía ser limpiada frecuentemente.

STELLITE(Composición)

Hay un gran número de aleaciones de Stellite constituido de distintas proporciones de cobalto, níquel, hierro, aluminio, boro, carbono, cromo, manganeso, molibdeno, fósforo, azufre, silicio y titanio. La mayoría de las aleaciones pueden contener desde cuatro hasta seis de estos elementos.

STELLITE(Composición)

5. OTRAS ALEACIONESDuraluminio (Duralumin)

Compuesto por la aleación de: 3.5 – 5.5 % Cu.

0.2 – 2 % Mg.

0.3 – 1.2 % Mn.

0.1 – 1.5 % Si.

0.25 – 0.5 % Fe (Impurezas) y el resto Al.

Se ha trabajado como material para máquinas herramientas sin tener acogida por su baja resistencia al calor.

Fue originario de la compañía DURENER METALLWERKE.

La aleación recocida tiene: Resistencia a la tensión de 1.970 Kg/cm2. Alargamiento del 22%. Dureza Brinell de 50.

USOS PORCENTAJE

Aviación ContrucciónUtensilios y artefactos domésticosHtas. mecánicas y otras relacionadas con Ing. Mecánica Equipos de oficinaFerrocarrilesVehículos de carretera (motor)Construcción de barcos e Ing. MarinaPlantas textiles

6

6

11

6

2

2

50

5

3

ANÁLISIS DE LOS USOS FINALES DE LAS ALEACIONES DEL ALUMINIO.