¿Qué materiales de herramientas de corte se usan normalmente para mecanizar Inconel 718?
El mecanizado del Inconel 718, una superaleación de níquel-cromo endurecible por precipitación, representa uno de los mayores desafíos en el mundo de la fabricación debido a su alta resistencia a temperaturas elevadas, fuerte tendencia al endurecimiento por trabajo y microestructura abrasiva. En consecuencia, la selección del material de la herramienta no es una cuestión de preferencia, sino una decisión de ingeniería crítica que determina la viabilidad, el costo y el éxito de la operación. La naturaleza agresiva del Inconel 718 destruye rápidamente las herramientas estándar, por lo que se requiere el uso de sustratos y recubrimientos especializados de alto rendimiento.
1. Sustratos de Carburo: El Caballo de Batalla Principal
Para la mayoría de las operaciones de fresado CNC y torneado CNC sobre Inconel 718, las herramientas de carburo son la opción predeterminada y más versátil. Sin embargo, no todos los carburos son iguales.
Carburo de Grano Submicrométrico o Ultrafino: Los grados de carburo estándar carecen de la tenacidad y resistencia térmica necesarias. En su lugar, los carburos de grano submicrométrico (tamaños de grano menores a 0,5 µm) son esenciales. Su microestructura extremadamente fina ofrece un equilibrio óptimo entre alta dureza (para resistir el desgaste abrasivo) y una excelente resistencia a la ruptura transversal (para evitar astillado y fractura en cortes intermitentes o con altas fuerzas de corte).
Preparación de Borde Reforzada: Un filo excesivamente agudo es muy susceptible a mellas y grietas térmicas. Por lo tanto, las herramientas para Inconel 718 presentan un bisel definido (redondeo del filo) o un chaflán tipo T-land. Esto fortalece el filo de corte, reduce la concentración de esfuerzos y ayuda a controlar el calor elevado generado en la interfaz herramienta-pieza.
2. Recubrimientos Avanzados: La Barrera Térmica
Una herramienta de carburo sin recubrimiento fallará rápidamente en el mecanizado de Inconel 718. El recubrimiento no es opcional; es una necesidad funcional para combatir el calor y la difusión.
Recubrimientos PVD (Deposición Física de Vapor): Los recubrimientos PVD de TiAlN (Nitruro de Titanio y Aluminio) y sus variantes (como AlTiN) son el estándar de oro. El contenido de aluminio forma una capa protectora de óxido de aluminio estable a altas temperaturas, que refleja el calor lejos del sustrato y hacia la viruta. Las generaciones más recientes, como los recubrimientos nanocompuestos nACo, ofrecen una dureza y estabilidad térmica aún mayores. Estos recubrimientos finos y duros se aplican mediante PVD para mantener un filo agudo y preciso, algo crucial para gestionar las fuerzas de corte.
Recubrimientos CVD (Deposición Química de Vapor): Aunque los recubrimientos CVD como TiCN o Al₂O₃ son extremadamente duros y resistentes al desgaste, generalmente son menos adecuados para los cortes interrumpidos comunes en el fresado de Inconel debido a su mayor espesor y fragilidad, lo que puede provocar microastillado. Su uso se limita a operaciones de torneado continuas y estables.
3. Cermets y Carburos Reforzados con Cermet
Para operaciones de acabado que requieren tolerancias ajustadas y un acabado superficial excepcional, los grados de cermet (composición cerámica-metálica) pueden ser efectivos. Ofrecen un filo extremadamente afilado, excelente resistencia al desgaste y baja fricción, lo que ayuda a controlar la acumulación de material en el filo (BUE). Sin embargo, su menor tenacidad frente a los carburos premium los hace inadecuados para el desbaste o los cortes interrumpidos.
4. Soluciones No Basadas en Carburo para Aplicaciones Exigentes
En la producción de alto volumen o en operaciones específicas, se emplean materiales de herramienta más exóticos.
Cerámicas de Nitruro de Silicio (SiAlON): Estas herramientas destacan en el semiacabado y desbaste a alta velocidad de superaleaciones a base de níquel. Pueden operar a velocidades de corte 5 a 10 veces superiores a las del carburo, siempre que la máquina y la sujeción sean extremadamente rígidas. Su excepcional dureza en caliente les permite trabajar eficazmente a temperaturas donde el carburo se ablanda. Sin embargo, son frágiles y no toleran cortes interrumpidos o impactos significativos.
Nitruro de Boro Cúbico (CBN): El CBN es el segundo material más duro disponible para herramientas de corte. Los grados de bajo contenido de CBN (a menudo con aglutinante cerámico) se utilizan para el corte continuo de materiales endurecidos. Para el Inconel 718 en condición tratada en solución (más blanda), los grados de alto contenido de CBN con aglutinante metálico pueden emplearse para el acabado, ofreciendo una excelente resistencia al desgaste y la capacidad de mantener tolerancias estrechas. Su uso se ve limitado por el alto costo y la sensibilidad a la vibración.
Diamante Policristalino (PCD): El PCD generalmente no se recomienda para mecanizar metales ferrosos, incluido el Inconel, debido a la fuerte reacción química (grafitización) que ocurre a altas temperaturas, lo que lleva a la rápida degradación de la herramienta.
Consideraciones de Ingeniería para la Aplicación de Herramientas
Seleccionar el material de la herramienta es solo una parte de la ecuación. El éxito en el mecanizado de un material tan exigente como el Inconel 718 requiere una estrategia integral:
La Rigidez es Fundamental: Cualquier vibración o chatter destruirá instantáneamente la herramienta, sin importar su calidad. Se requiere una máquina robusta, extensiones de herramienta cortas y una sujeción firme y sólida.
Estrategia de Refrigeración: Se recomienda encarecidamente el uso de refrigerante de alta presión a través de la herramienta. No solo reduce el choque térmico y elimina las virutas, sino que también ayuda a romperlas eficazmente, evitando recortes y protegiendo el filo de la herramienta.
Parámetros de Mecanizado Optimizados: Una profundidad radial de corte conservadora y un avance constante y adecuado son esenciales para asegurar que el corte se realice por debajo de la capa endurecida del pase anterior.
