100 años del carburo cementado

La historia del carburo cementado, el material que cambió la historia del mecanizado.

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Muchos períodos notables de la historia se caracterizan por el material de la época: la Edad de Piedra, la Edad de Hierro, etc. Etiquetar estos períodos en función de los materiales de las herramientas demuestra cuán fundamentales fueron para la sociedad, así como nuestro impulso humano para mejorar constantemente y encontrar mejores métodos. Las aplicaciones y la sofisticación de las herramientas han cambiado significativamente a lo largo de los siglos, pero siguen siendo cruciales para mantener nuestro mundo en funcionamiento hoy en día.

Primeros pasos

El desarrollo de la primera aleación de acero comercial a menudo se atribuye a Robert Forester Mushet, quien descubrió en 1868 que agregar tungsteno al acero aumentaba su dureza incluso después de enfriarlo con aire. Este hallazgo se volvió la base del desarrollo de las aleaciones, lo que condujo al uso de aceros para herramientas. A principios de 1900, formar y mecanizar metales todavía era una gran habilidad; los artesanos altamente calificados utilizaban el acero para herramientas como material para las herramientas de corte.

Pero a medida que la demanda de producción en serie comenzó a aumentar, particularmente con sectores como el automotriz, que empezaba a despegar, quedó claro que el acero para herramientas no podría seguir el ritmo. Su limitada resistencia al calor da como resultado su ablandamiento a temperaturas más altas, particularmente en la interfaz cortador-pieza de trabajo, lo que dificulta el corte a alta velocidad.

 Como resultado, se desarrolló el acero de alta velocidad, que contiene más cobalto que el acero para herramientas. El cobalto adicional le dio al acero de alta velocidad una dureza en caliente mejorada, lo que permitió el acceso a velocidades de corte mucho más altas. El corte más rápido condujo a un incremento en la productividad, lo que redujo el costo total del producto y, en última instancia, fue uno de los factores que contribuyó a que los vehículos fueran más accesibles y asequibles para el público.

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Introducción del carburo cementado

El éxito del acero de alta velocidad llevó a la industria a desarrollarse aún más, lo que dio como resultado la invención del carburo cementado. El 30 de marzo de 1923, Karl Schröter, entonces Director de Investigación y Desarrollo de Osram, presentó la primera patente “Gesinterte harte Metallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung” (DE420689).

Originalmente, el material estaba destinado a troqueles embutidores en la industria de los focos, pero más tarde se desarrolló y se probó el carburo cementado para herramientas de corte. Como tal, se presentó en una exposición en Leipzig en 1927. 

Las partículas finas de carburo se cementan en un compuesto con un aglutinante de metal para producir carburo cementado. Los carburos más comunes incluyen el carburo de tungsteno (WC), el carburo de titanio (TiC) y el carburo de tantalio (TaC); se suelen utilizar el cobalto y el níquel como metales aglutinantes.  

De la misma manera en que la introducción del acero de alta velocidad revolucionó el mercado de la manufactura, la invención del carburo cementado permitió un mecanizado aún más rápido. Se hicieron posibles velocidades de corte de acero de hasta 150 metros por minuto, casi cuatro veces más rápido que el acero de alta velocidad.

Fue entonces cuando Sandvik comenzó a desarrollar herramientas de carburo cementado. La marca Sandvik Coromant se fundó en 1942 con el único objetivo de ofrecer herramientas de corte modernas que utilizaran carburo cementado como base. Las primeras herramientas de carburo cementado de Sandvik Coromant para corte de metales se fabricaron al año siguiente y, a medida que despegaba la industrialización en los años cincuenta y sesenta, la demanda siguió creciendo.  

En 1969, Sandvik Coromant se convirtió en la primera empresa del mundo en ofrecer insertos de carburo cementado con revestimiento cerámico. El "recubrimiento gamma" cerámico mejoró enormemente la resistencia tanto al desgaste como al calor de las herramientas, lo que aumentó el rendimiento de corte de metales hasta un 50%.

Coromant continuó desarrollando su oferta de carburo cementado, desarrollando nuevos grados y brocas para una variedad de industrias, y su grado de carburo cementado GC 4225 se convirtió en el grado más vendido del mundo en el año 2005.

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Materiales finitos en el carburo cementado

Pero, ¿qué hay del futuro de los carburos cementados? Los metales como el tungsteno y el cobalto son fundamentales para la producción de los carburos cementados, pero estos recursos tienen un suministro limitado. El cobalto, por ejemplo, es un componente común en las baterías de iones de litio, valioso para prolongar la vida útil de la batería. Pero la creciente demanda combinada con los desafíos de la minería significa que podríamos experimentar una escasez a partir del año 2028.

Para proteger estos recursos finitos, es imperativo que los fabricantes y proveedores desempeñen su papel trabajando de manera sostenible. Esto podría ser a través de la reparación y reacondicionamiento de herramientas viejas para darles una segunda o incluso una tercera vida.

Las herramientas que se hayan vuelto completamente inutilizables se pueden vender a través de programas de recompra, y la chatarra se puede reciclar para convertirla en material nuevo. Aquí en Sandvik Coromant, ofrecemos ambos servicios: nuestra última línea de grados de torneado de acero contiene al menos un 40 por ciento de material reciclado. Tener en cuenta cuestiones como el suministro y la sostenibilidad desde la fase del diseño de la herramienta también ayuda a garantizar que no se utilice más material del necesario.  

Mirando hacia el futuro del carburo cementado

La disponibilidad de las materias primas será un factor en el futuro de los carburos cementados. En Sandvik Coromant, el objetivo será continuar mejorando y aprovechar al máximo los esquemas de sostenibilidad. En particular, es probable que el aspecto de la clasificación de nuestro proceso de reciclaje sea un área clave de desarrollo, ya que sigue siendo un desafío en términos de los recursos energéticos que requiere.  

 A pesar de los grandes avances en innovación, los materiales de herramientas de corte más antiguos, como el acero de alta velocidad, siguen desempeñando un papel importante en el mercado general. Está claro que aun en su aniversario número 100, el carburo cementado sigue siendo un material de herramienta de corte vital para muchas industrias. Pero siempre hay espacio para mejorar y, a medida que las aplicaciones cambian y surgen otras nuevas, siempre enfrentaremos el reto de encontrar nuevas y mejores soluciones.