Diferencias clave al mecanizar distintos tipos de superaleaciones

El mecanizado de superaleaciones requiere una comprensión matizada, ya que no existe una única clasificación de "superaleación"; más bien, abarca diferentes familias —principalmente basadas en níquel, en cobalto y en hierro-níquel—, cada una con características metalúrgicas únicas que exigen estrategias de mecanizado específicas. Las diferencias más críticas surgen de sus tasas de endurecimiento por trabajo, su conductividad térmica, la presencia de fases abrasivas y su respuesta al calor, lo que impacta directamente en la selección de herramientas, los parámetros de corte y el enfoque general.

Diferencias Fundamentales en el Comportamiento del Material

La distinción principal radica en sus mecanismos de refuerzo y microestructura. Las superaleaciones a base de níquel, como las ampliamente utilizadas Inconel 718 e Inconel 625, son reconocidas por su alta resistencia y excepcional resistencia a la oxidación y a la fluencia a altas temperaturas. Su resistencia proviene de una alta fracción volumétrica de precipitados gamma prima (γ') o gamma doble prima (γ''). Esto las hace notoriamente propensas a un severo endurecimiento por trabajo durante el mecanizado. Cualquier tiempo de permanencia o una velocidad de avance insuficiente puede endurecer instantáneamente la superficie, acelerando drásticamente el desgaste de la herramienta. Por lo tanto, su mecanizado requiere cortes agresivos y afilados con herramientas de ángulo de ataque positivo y refrigerante de alta presión para penetrar la zona de corte y controlar el calor.

En contraste, las superaleaciones a base de cobalto, como las diversas aleaciones Stellite, obtienen su resistencia de una matriz de cobalto-cromo reforzada por solución sólida con un volumen muy alto de carburos extremadamente duros. Aunque no se endurecen por trabajo tan severamente como las aleaciones de níquel, son profundamente abrasivas. El principal desafío de mecanizado es combatir el desgaste abrasivo causado por estos carburos, que actúan como partículas de rectificado. Esto requiere el uso de materiales de herramienta muy duros y resistentes al desgaste, como carburos de grano fino con recubrimientos especializados, o incluso cerámicas y CBN (nitruro de boro cúbico) para ciertas operaciones. La estrategia pasa de gestionar el endurecimiento por trabajo a gestionar el desgaste abrasivo extremo.

Impacto Operativo en las Herramientas y Parámetros

Estas diferencias de comportamiento determinan cada aspecto del proceso de mecanizado. Para las aleaciones a base de níquel, el enfoque se centra en controlar el calor y prevenir el endurecimiento por trabajo. Esto implica el uso de insertos de carburo afilados y pulidos con sustratos resistentes y recubrimientos PVD, que mantienen un filo agudo. Las velocidades de corte generalmente se mantienen bajas o moderadas (por ejemplo, 20–50 SFM para desbaste), con avances consistentes y controlados para mantenerse “por delante” del endurecimiento por trabajo.

Para las aleaciones a base de cobalto, la prioridad en las herramientas es la máxima dureza y resistencia a la abrasión. Aunque los filos afilados siguen siendo importantes, el sustrato y el recubrimiento deben resistir la abrasión constante. El rectificado CNC suele ser un proceso más adecuado que el fresado o el torneado para alcanzar dimensiones finales y características difíciles de mecanizar. Las velocidades pueden ser similares o incluso más bajas que las de las aleaciones de níquel, con un enfoque principal en maximizar la vida útil de la herramienta más que la tasa de eliminación de material.

Las superaleaciones hierro-níquel (por ejemplo, A-286) suelen situarse en un punto intermedio, aunque son más tolerantes. La elección de un servicio de mecanizado CNC de superaleaciones con experiencia documentada en estas diferentes familias es crucial, ya que una estrategia perfecta para Inconel puede conducir a fallas rápidas al mecanizar Stellite.

Post-Procesamiento e Integridad Metalúrgica

Las diferencias se extienden más allá del proceso de corte. Las tensiones residuales y la integridad superficial resultantes del mecanizado varían significativamente. Un mecanizado agresivo de aleaciones a base de níquel puede generar una capa superficial profundamente endurecida y tensionada, que puede requerir un tratamiento térmico para mecanizado CNC posterior para aliviar las tensiones y restaurar las propiedades del material. En el caso de las aleaciones de cobalto, la preocupación no es tanto el endurecimiento por trabajo como garantizar que la superficie esté libre de microgrietas originadas por el desgaste abrasivo.

Además, la elección de un proceso de granallado para componentes CNC posterior debe considerarse cuidadosamente; un proceso demasiado agresivo en una pieza delgada de aleación de níquel podría inducir deformación plástica no deseada, mientras que podría ser perfectamente adecuado para un componente más rígido a base de cobalto.