¿Por qué elegir acero de fácil mecanización?

Acero de libre corte

Los aceros de libre mecanización, también llamados aceros de libre mecanizado, son aceros que son fáciles de mecanizar.La maquinabilidad del material aumenta ya que las virutas se rompen en pequeños pedazos cuando se mecanizan evitando así que se enreden en la maquinaria.Esto permite el funcionamiento automático del equipo sin interacción humana.Los aceros de libre mecanización con plomo también permiten velocidades de mecanizado más altas.Como regla general, el acero de fácil mecanización normalmente cuesta entre un 20% y un 30% más que el acero estándar.Sin embargo, esto se compensa con mayores velocidades de mecanizado, cortes más grandes y una mayor vida útil de la herramienta.

En las operaciones de torneado, fresado y taladrado comúnmente conocidas como operaciones de mecanizado, se produce deformación/soldadura de la interfaz herramienta/pieza de trabajo en lugar de formación de viruta.Durante las operaciones de mecanizado el acabado de la superficie se ve afectado, la temperatura de corte aumenta y la vida útil de la herramienta se reduce significativamente.Se forma un gran 'borde acumulado' en la punta de la herramienta con contenidos de azufre muy bajos.Esto requiere un ajuste o cambio frecuente de herramientas, una productividad reducida y mayores costos.

El término maquinabilidad se caracteriza por los siguientes tres parámetros.

1. Velocidad de mecanizado
2. Acabado superficial de los componentes mecanizados.
3. Vida útil de las herramientas de corte empleadas para la operación de mecanizado.

El término maquinabilidad se relaciona con la facilidad y el costo de lograr un programa de producción para piezas maquinadas.Se trata de la producción consistente de componentes mecanizados que sean capaces de satisfacer las especificaciones de propiedades del producto y los requisitos de desempeño en servicio, a un costo mínimo.

La maquinabilidad se puede medir en términos de acabado superficial, forma de la viruta, vida útil de la herramienta, consumo de energía y tasa de producción.La maquinabilidad no es una propiedad única del material como la resistencia a la tracción, ya que depende del criterio seleccionado, el tipo de material, el tipo de herramienta de corte, la operación de corte, las condiciones de corte y la potencia de la máquina herramienta.

Cuanto mayor es la resistencia y dureza del acero, mayores son las fuerzas de corte y la temperatura y menor es su maquinabilidad.Sin embargo, la fragilización del acero mejora su maquinabilidad, al facilitar el proceso de formación de viruta y reducir el filo reconstruido.

Sin embargo, existe una dureza óptima para una máxima maquinabilidad.A niveles de dureza muy bajos (menos de HV 100), los aceros son demasiado blandos y dúctiles y se forma un gran filo inestable en el filo.En consecuencia, la maquinabilidad es mejor en aceros blandos y quebradizos.Por lo tanto, se debe llegar a un compromiso al intentar maximizar la maquinabilidad, ya que los aceros que se utilizan normalmente deben ser fuertes y tenaces.

El objetivo del diseño de aceros de libre mecanización es aumentar la facilidad con la que el metal puede ser eliminado mediante las operaciones de corte.Sin embargo, las mejoras en el rendimiento del mecanizado suelen realizarse a expensas de las propiedades mecánicas.

Los aceros de libre mecanización suelen ser aceros al carbono a los que se les añade azufre (S), plomo (Pb), bismuto (Bi), selenio (Se), telurio (Te) o fósforo (P).La presencia de estos elementos imparte las propiedades necesarias para el mecanizado libre, ya que básicamente garantiza una fácil dispersión de las virutas durante el mecanizado, reduciendo así la fuerza de mecanizado y mejorando la vida útil de la herramienta y el acabado superficial del componente mecanizado.

Metalurgia de aceros de fácil mecanización.

El comportamiento de corte de los aceros al carbono y aleados está influenciado por la composición química, la microestructura, la cantidad y tipo de inclusiones y la velocidad de endurecimiento por trabajo.En los aceros ferríticos/perlíticos normalizados, el aumento del contenido de carbono reduce rápidamente la vida útil de la herramienta, y la formación de virutas cambia de un mecanismo de flujo a un mecanismo de corte.Sin embargo, para aceros que contienen menos de 0,15 % C, se pueden desarrollar grandes bordes de material acumulados en la cara de desprendimiento de la herramienta, lo que lleva a características de mecanizado impredecibles.

La reducción de las tasas de endurecimiento por deformación puede inducir un menor desgaste de la herramienta, una longitud de viruta más corta y un acabado superficial superior, y esto puede promoverse mediante trabajo en frío o aumentos en los niveles de P y nitrógeno (N).Si en lugar de perlita están presentes cantidades de segunda fase dura (p. ej. bainita), se limita la zona de corte delante de la parte superior de la herramienta, lo que conduce a temperaturas más altas y fuerzas de avance más bajas.Las estructuras martensíticas/bainíticas templadas y revenidas exhiben características de mecanizado inferiores debido a los altos niveles de dureza, aunque la mayoría de los aceros de medio carbono se mecanizan en esta condición.

Para una estructura de matriz determinada, uno de los métodos más populares para mejorar el rendimiento del mecanizado es manipular la naturaleza y distribución de las inclusiones presentes en el acero.Las inclusiones se pueden clasificar en términos generales en términos de su influencia en el comportamiento cortante de la siguiente manera.

1. Perjudicial (abrasivo, duro) como Al2O3, SiO2, Cr2O3, TiN, etc.
2.Favorable como MnS, MnSe, MnTe, Pb, Bi
3.Efecto pequeño o nulo, como FeO, MnO, silicatos básicos blandos.

Una de las técnicas más comunes para mejorar la maquinabilidad es aumentar el nivel S.S forma el compuesto sulfuro de manganeso (MnS), que es blando y actúa como una discontinuidad de rotura de viruta.S aumenta el volumen de inclusiones deformables de MnS.Normalmente, los niveles comerciales más altos de S rondan el 0,35 % y el azufre es el aditivo de maquinabilidad más barato.Las adiciones son beneficiosas de las siguientes maneras.

1.Se reduce el trabajo de corte involucrado en la formación de virutas.
2. Se produce un fuerte efecto lubricante en la interfaz herramienta/chip.
3.Se promueve la fragilización de las virutas.
4. Se forman depósitos protectores de sulfuro en las herramientas de carburo en una amplia gama de velocidades de corte.
5.La estabilidad del borde incorporado aumenta y el tamaño se reduce, lo que resulta en un mejor acabado de la superficie.

La maquinabilidad mejora con un mayor contenido de azufre.Las inclusiones de sulfuro de manganeso actúan como sitios de iniciación de grietas internas durante la intensa deformación y las altas temperaturas que ocurren durante la formación de viruta en las operaciones de corte y reducen la curvatura de la viruta.Hacen que las virutas se doblen más y actúan como rompevirutas.También se comportan como lubricante interno entre la viruta y la herramienta.Esto también reduce la formación de bordes acumulados.Por lo tanto, una fracción de alto volumen de inclusiones de sulfuro de manganeso en el acero de fácil mecanización reduce la fuerza requerida para crear la viruta.Esto reduce la fricción entre el chip aEncontrar la herramienta, reduce la temperatura de corte, reduce el desgaste de la herramienta y mejora el acabado superficial.Esto último se ve afectado por un gran filo de acumulación inestable en la herramienta.

Con ciertos tipos de herramientas de corte de carburo, se puede acumular una capa de sulfuro de manganeso en la cara de inclinación de la herramienta, actuando como una barrera protectora entre la viruta y la herramienta y mejorando aún más la maquinabilidad.

La maquinabilidad se optimiza mediante una distribución uniforme de grandes sulfuros globulares, cuya distribución está fuertemente influenciada por las prácticas de fundición y desoxidación.El Se y el Te pueden sustituir al azufre para formar inclusiones de mezclas y sus altas actividades de S conducen a energías superficiales más bajas en las interfaces matriz/sulfuro, fomentando así la formación de microhuecos y el craqueo.También puede residir como una película delgada en los límites entre fases, reduciendo así aún más la resistencia al corte.

El Pb funciona de forma similar al azufre.Aunque la solubilidad del Pb en acero fundido es de alrededor del 0,3 %, es prácticamente insoluble en estado sólido y forma una dispersión aleatoria de inclusiones en aceros con bajo contenido de S.En las calidades resulfuradas, las adiciones de Pb también forman 'colas' en las inclusiones de MnS.El Pb actúa como lubricante interno, reduciendo la fricción, promoviendo la fragilización de la viruta, mejorando la forma de la viruta y el acabado de la superficie.A altas temperaturas de corte, el acero con plomo comienza a comportarse de manera similar al acero sin plomo.

El Pb puede promover activamente la globularización beneficiosa de los sulfuros, lo que conduce a un mejor rendimiento del mecanizado.Una adición superior al 0,35 % normalmente no es factible debido al fenómeno de segregación.Sin embargo, la cointroducción de hasta un 0,10 % de Bi permite aumentar aún más el contenido total de la fase insoluble.Si no hay Pb, entonces el Bi normalmente está presente como colas de inclusiones de MnS y como una fina dispersión.

Se agrega Bi en lugares donde no se favorece el uso de plomo (o, en casos extremos, se prohíbe).También se utiliza como complemento del plomo.Bi logra la capacidad de mecanizado libre en aceros al fundirse en una fina película de líquido durante una fracción de microsegundo para lubricar el corte.Otras ventajas del Bi incluyen una distribución uniforme debido a que su densidad es similar a la del hierro, es más ecológico en comparación con el plomo y aún es soldable.

Otros elementos como P y N también desempeñan un papel complementario a la hora de decidir el rendimiento general del mecanizado del acero de fácil mecanización.P y N no sólo aumentan la dureza de los aceros sino que también los vuelven quebradizos.Este aumento de dureza es suficiente para conseguir la dureza óptima.Por lo tanto, también son componentes importantes de los aceros de fácil mecanización con bajo contenido de carbono.