Efecto de tratamientos térmicos en la integridad estructural de metal duro mecanizado por electroerosión

Abstract

El metal duro, también conocido como carburos cementados del tipo WC-Co, es un material compuesto por granos micrométricos de carburo de tungsteno embebidos en un ligante metálico de base cobalto. Este material es el más utilizado en el campo del mecanizado de metales, gracias a su elevada dureza y tenacidad en un amplio rango de temperaturas. Sin embargo tales cualidades hacen que su propio mecanizado sea difícil por métodos tradicionales. A tal efecto, el corte por electroerosión (EDM) se ha establecido como uno de los principales métodos para su trabajo, al no depender de la dureza del metal a conformar. Por otra parte, las altísimas temperaturas alcanzadas en la EDM pueden deteriorar la superficie del metal duro, afectando su resistencia mecánica y su rendimiento general. Daños típicos incluyen: evaporación del ligante de cobalto entre los granos de carburos de tungsteno, así como tensiones residuales y fisuras debidas a los elevados gradientes de temperatura alcanzados durante el corte. La industria está interesada en recuperar parte de la resistencia del material perdida durante el corte, por lo que se han sugerido tratamientos térmicos para aliviar las tensiones residuales inducidas. Este trabajo se enmarca en el proyecto oPtiMa1, destinado a estudiar la rotura de herramientas empleadas en procesos de sinterizado y su modelización y optimización. Este proyecto se centró en el estudio y comparación de dos calidades de metal duro, referidas como GD30 y GD13 en este estudio. La primera es comúnmente utilizada por la empresa AMES para la fabricación de herramientas de conformado. La segunda exhibe una dureza mayor, acompañada de una mayor fragilidad, y suele ser más sensible a la presencia de daño. En primer lugar se cuantificaron las características microestructurales y propiedades mecánicas básicas del material, (tamaño medio de carburo, dureza, y tenacidad a fractura). Seguidamente se cuantificó la variación de la resistencia mecánica (a flexión) causada por defectos superficiales, la electroerosión y tratamientos térmicos post-mecanizado. Los resultados muestran que la calidad GD13, a pesar de poseer una resistencia intrínseca muy elevada, es mucho más sensible a defectos superficiales (incluyendo el acabado superficial resultante del desbaste). Su resistencia disminuye marcadamente al ser mecanizada electroerosión, y sólo se recupera parcialmente después del tratamiento térmico. El análisis de las superficies de rotura muestra cuantiosos defectos causados por la electroerosión; además de tensiones residuales (no visibles) que no son completamente eliminadas con tratamientos térmicos. Por otro lado, la calidad GD30, a pesar de poseer una resistencia intrínseca menor a la GD13, se mostró más invariable delante de cualquier modificación, sólo disminuyendo ligeramente su resistencia al ser mecanizada por electroerosión, por lo que el efecto de los tratamientos térmicos pierde relevancia.