Los fabricantes confían en el carburo de tungsteno-cobalto para herramientas que deben soportar un desgaste extremo. Sin embargo, dar forma a este material sigue siendo uno de los desafíos más persistentes en la fabricación industrial. Los métodos tradicionales desperdician costosas materias primas y limitan la flexibilidad del diseño. Ahora, nuevas investigaciones apuntan a una forma más precisa de avanzar.
Un equipo de investigación de Japón ha demostrado que la fabricación aditiva puede producir carburos cementados WC-Co de grado industrial, preservando su dureza e integridad estructural.
El enfoque utiliza la irradiación láser de hilo caliente para depositar material solo donde es necesario, reduciendo el desperdicio y disminuyendo los costos de producción.
Límites del procesamiento convencional
Los carburos cementados son la base de herramientas de corte, matrices y equipos de construcción. Su rendimiento proviene de su extrema dureza y resistencia al desgaste. Sin embargo, los fabricantes típicamente los producen utilizando metalurgia de polvos.
Este proceso requiere alta presión, temperaturas elevadas y un extenso sinterizado.
Si bien es efectivo, este enfoque consume grandes volúmenes de tungsteno y cobalto, ambos materiales costosos.
Las pérdidas de rendimiento siguen siendo significativas, especialmente para geometrías complejas. Modificar los diseños también resulta lento e ineficiente.
Los investigadores buscaron una alternativa que pudiera colocar el material precisamente donde la demanda de rendimiento lo requiere.
La fabricación aditiva ofreció ese control, pero introdujo nuevos riesgos. El calor excesivo puede degradar el carburo de tungsteno y debilitar la estructura final.
“Los carburos cementados son materiales extremadamente duros utilizados para los filos de las herramientas de corte y aplicaciones similares, pero están hechos de materias primas muy costosas como el tungsteno y el cobalto, lo que hace que la reducción del uso de materiales sea muy deseable. Al utilizar la fabricación aditiva, el carburo cementado se puede depositar solo donde se necesita, reduciendo así el consumo de material”, afirmó el autor correspondiente Keita Marumoto.
El equipo se centró en la irradiación láser de hilo caliente, un proceso que combina un haz láser con un hilo de relleno precalentado. Esta configuración aumenta la eficiencia de la deposición y mejora el control térmico durante la fabricación.
Los investigadores probaron dos estrategias de deposición. Un método avanzó la barra de carburo cementado por delante del láser. El segundo permitió que el láser liderara mientras irradiaba el espacio entre la barra y una base de hierro.
En ambos casos, el proceso evitó la fusión completa. En cambio, ablandó los materiales para permitir la unión.
Este enfoque redujo el daño térmico y ayudó a preservar la microestructura.
Dureza industrial alcanzada
Los experimentos produjeron carburo cementado con una dureza superior a 1400 HV. Ese nivel sitúa al material entre los más duros utilizados en la industria.
El equipo no observó defectos importantes ni descomposición en condiciones optimizadas.
Surgieron algunos desafíos. El método de avance de la barra causó la descomposición del carburo de tungsteno cerca de las capas superiores. El enfoque de liderazgo láser tuvo dificultades para mantener una dureza constante.
Los investigadores resolvieron ambos problemas agregando una capa intermedia de aleación de níquel y controlando estrictamente las temperaturas.
“El enfoque de formar materiales metálicos ablandándolos en lugar de fundirlos por completo es novedoso, y tiene el potencial de aplicarse no solo a los carburos cementados, que fueron el foco de este estudio, sino también a otros materiales”, dijo Marumoto.
Los investigadores ahora tienen como objetivo reducir el agrietamiento y ampliar la complejidad de la forma.
