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NotaPublicado: Mié Jul 31, 2013 6:57 am 
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Registrado: Jue Sep 15, 2011 2:39 am
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País: Argentina
Ciudad: La Plata
Buen día a todos, les traigo un tema que quizás sea viejo para ustedes, pero me empezó a intrigar cada vez mas estos dias debido a la reciente adquisición de insertos de corte para torno.
Mi consulta es acerca de cómo se fabrican estos pequeños cubos de cerámica para hacer herramientas de corte.
Video: http://www.youtube.com/watch?v=v8884GFdEnY

Según los comentarios es alúmina y óxido de circonio estabilizado.
Estos cerámicos que mencionan, ¿es posible fabricarlos en un taller casero? ¿no requieren un sinterizado a altísimas temperaturas?
Estoy interesado porque la idea de poder diseñar y fabricar mis propias herramientas de cerámica es muy atractiva. Tengo entendido que el profesor experimento con la fabricación de herramientas de diamante, pero no encontré información en el buscador, y en la pagina principal dice "pendiente a documentar"
Un saludo a todos. Menga.


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NotaPublicado: Mié Jul 31, 2013 8:52 am 
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Registrado: Vie Nov 27, 2009 11:30 pm
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Hola Menga,

Efectivamente, el dueño del video dice que el cubo es de una mezcla de Al2O3 y ZrO2:Y. No obstante, como bien señalan los comentarios, hay cerámicas basadas en carburo de tungsteno que son mucho mejores para eso permitendo cortar a velocidades mucho más elevadas. Suelen ser cermets de WC con una pequeña cantidad de Co (generalmente <13 %) que son extremadamente duros y robustos, a veces recubiertos de nitruro de titanio para reducir el desgaste. La cerámica del video es dura, pero frágil. Se puede hacer prensando los polvos correspondientes y sinterizando a 1500-1700ºC, pero no es el material más indicado para este tipo de herramientas. La circonia estabilizada se utiliza para hacer cuchillos cerámicos para uso doméstico y para eso si que va bien ya que permanecen afilados durante años, aunque hay que tener cuidado de no golpearlos ya que se rompen. Tengo un juego de cuchillos de esos y por descuido estropeamos el filo de uno de ellos después de 2 años de uso. Intenté afilarlo, pero es como tratar de afilar un diamante o zafiro, es durísimo pero frágil.
Sí quieres hacer cerámicas de esas necesitas un horno de alta temperatura. Lo de los diamantes es otra historia muy distinta. Tendrías que encontrar la manera de incrustarlos en capas de metal o aleación que dependerá de la aplicación concreta.

Un saludo


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NotaPublicado: Mié Jul 31, 2013 8:33 pm 
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Registrado: Jue Sep 15, 2011 2:39 am
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Hola Doc, muchas gracias por tu respuesta.
Conozco los insertos de carburo de tungsteno, y también los de carburo de titanio, pero estos últimos son Cermets, que son una mezcla de cerámicos con polvos de metales como aglutinante del cerámico (generalmente níquel).
Por lo que tengo entendido las herramientas cerámicas, si bien son mas frágiles, tienen la ventaja de trabajar a mayores temperaturas que los Cermet. Lo que no estoy tan seguro es si la alúmina es de mayor dureza que el carburo de tungsteno (widia).
Las temperaturas que mencionas no son tan altas como yo creía (1500-1700ºC) es algo que se puede conseguir en un taller "casero" en un horno de pequeño tamaño. No sé con que presiones se compactan dichas cerámicas, lo que puede ser un problema si son muy altas.


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NotaPublicado: Mié Jul 31, 2013 10:29 pm 
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Hola Menga,

Un par de aclaraciones. La widia o metal duro es un cermet de matriz cerámica que suele ser tener exactamente la composición que te he dicho, es decir carburo de tungsteno con una pequeña cantidad de cobalto. El último no solo actúa de aglutinante sino también aporta robustez al material. Es el mejor material que hay para corte rápido. Es cierto que el níquel se puede emplear con el mismo fin, pero esto no se suele hacer ya que este metal tiene menor adherencia con los granos de WC y el material obtenido no es tan robusto. Por otro lado, la palabra “mezcla” que utilizas, no es muy adecuada, ya que se trata de un material compacto con muy alto grado de homogeneidad y pequeñísimo tamaño de grano (el del WC). Se trata más bien de un composite cerámico-metal, de allí la palabra cermet. No deja de ser un material cerámico (aunque se le llame también incorrectamente “metal duro”), ya que la fase predominante es un material cerámico (WC). Se han hecho cermets con muchas otras combinaciones carburos u óxidos duros y metales/aleaciones pero ninguno de ellos supera las características mecánicas del WC-Co. En cuanto a resistencia térmica, te puedo decir que la conductividad térmica del cermet es mejor que la de cualquier material cerámico debido al contenido de metal, por lo tanto la herramienta es mucho más fácil de enfriar que si fuese de alúmina por ejemplo. Por otro lado, la alúmina y la YSZ son tan frágiles que el filo de la herramienta se rompería con el primer ligerísimo golpecito o gradiente térmico.

Un saludo

PD. La dureza del WC es superior a la de la alúmina e inferior a la del carburo de silicio.


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NotaPublicado: Dom Ago 04, 2013 4:05 am 
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Estuve buscando información de herramientas y encontré que las herramientas de óxido de aluminio fueron hechas por primera vez en Alemania, éstas demostraron ser mas duras y mantener mejor el filo, pero su fragilidad limitaba su uso a máquinas especificas. Años mas tarde surgió la cerámica de segunda generación llamada "cerámica negra" que era una adición de carburo de titanio y nitruro de titanio a esta última herramienta de alúmina. Hoy en día usadas para mecanizado de fundiciones y metales de alta dureza. Para materiales blandos no se usan porque el rendimiento no es mayor significativamente al de la widia.


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NotaPublicado: Dom Ago 04, 2013 9:36 am 
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El nitruro de titanio ayuda a bajar el coeficiente de fricción mientras que los carburos son muy duros. Sin embargo todos esos materiales son muy frágiles sí no se les añade algún metal. Comprueba si no se trata en realidad de cermets porque en http://en.wikipedia.org/wiki/Cutting_tool_(machining) hablan de cermets basados en carburo de titanio-níquel, al parecer algo más duros (que no más robustos) que la widia. El nitruro de titanio a menudo se usa como un recubrimiento, al menos en las herramientas de widia.


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NotaPublicado: Lun Ago 05, 2013 5:37 am 
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En ningún lado habla de la adición de metales.
Aquí un link con información de la cerámica negra y de otras cerámicas para herramientas de corte.

Cerámica negra: http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_black.html
Cerámica blanca (alúmina): http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_white.html
Herramientas de nitruro de silicio: http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_silicon.html
Derivado de las herramientas de nitruro: http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_sialon.html
Alúmina y carburo de silicio: http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_whisker.html

En la página de NTK las llaman cerámicas, y ademas tienen otra categoria de Cermets.


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NotaPublicado: Lun Ago 05, 2013 11:08 am 
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De acuerdo. Y aquí están las ventajas de los cermets de TiC-TiN: http://www.ntkcuttingtools.com/product/ov_cermet.html

Tienes razón, parece que venden también cerámicas, pero fíjate que indican que hasta la más robusta de ellas, el SIALON (tanto su marca TX5 como los de la competencia) se desportillan en la primera pasada por una pieza de waspaloy:

http://www.ntkcuttingtools.com/product/cera_sialon.html

Sí quieres hacer herramientas de cerámica pura, adelante, pero ya sabes, su vida va a ser muy corta.
Un saludo


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NotaPublicado: Mar Ago 06, 2013 4:50 am 
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No encontré el video que mencionas de Waspaloy. Navegando por internet leí en algunos foros que el problema de la fragilidad de las cerámicas no es por su composición, sino por el soporte en las que se montan. Ya que bien instaladas trabajan únicamente a la compresión y no se quiebran.
Por otro lado no creo que vendan ni se usen dichas herramientas si su vida es muy corta. Claramente alguna ventaja con respecto al WC tiene. Las herramientas de cerámica parecen tener mucha aplicación en el mecanizado de materiales aeronáuticos, principalmente fabricación de turbinas.

Para la fabricación casera, me falta aprender un poco mas acerca del prensado y granulometría de dichas cerámicas. Los moldes si son factibles de hacerse de manera casera. Empezando por la geometría mas sencilla, el cilindro.


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NotaPublicado: Mar Ago 06, 2013 11:51 am 
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No hay video, pero abajo a la derecha dicen claramente que se astillan. No es posible trabajar solo a compresión ya que no se trata de prensas sino de herramientas de corte. El esfuerzo lateral (tangencial) es considerable, sobre todo si tu superficie de partida no es muy lisa.
Es cierto, alguna ventaja deben de tener las herrameintas cerámicas sí las fabrican y venden. Las únicas ventajas que se me ocurren son la dureza en caliente, refractariedad e inercia con respecto al metal en caliente (hay herramientas que reaccionan con los metales). En la misma web que citas están las aplicaciones de cada tipo de material:

http://www.ntkcuttingtools.com/product/pdf/cera.pdf
http://www.ntkcuttingtools.com/product/pdf/carb.pdf
http://www.ntkcuttingtools.com/product/pdf/cerm.pdf

De estas tablas queda claro que algunas cerámicas son ventajosas en casos especiales como aleaciones resistentes a alta temperatura y materiales endurecidos. Para aleaciones de alta temperatura como las de las turbinas que mencionas tu, parece ser que recomiendan SIALON-s y composites de Al2O3 con wisquers de SiC. El otro uso de herramientas cerámicas que citan es para materiales endurecidos y en este caso recomiendan también los composites de Al2O3-SiC así como los de Al2O3-TiC. Ten en cuenta que se trata de cerámics muy avanzadas y muy optimizadas para que tengan la máxima resistencia mecánica. Nada de coger un poco de alumina y sinterizarla para ver que sale.

Cerámicas de alumina pura se pueden hacer fácilmente sí tienes los materiales adecuados y un horno que alcanza 1800ºC. Hacer composites con carburos puede ser más problematico porque estos compuestos se oxidan en el aire a esas temperaturas. Necesitas materiales cuanto más puros para evitar la formación de fase vitrea que fragiliza al material resultante. El tamaño de grano tiene que ser submicrométrico o 1 micra como mucho para obtener la máxima densidad y resistencia mecánica. Las cerámicas se pueden hacer también colando en lugar de prensando, si tienes los aditivos adecuados (ligantes, dispersantes, etc.).


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