Desarrollo de cermets con aleaciones de alta entropía de mezcla como fase ligante para aplicaciones de mecanizado

El mecanizado es parte esencial de los procesos de fabricación empleados en muchos sectores industriales y posee una importante implicación económica, al representar una proporción significativa del coste total de fabricación. El éxito del mecanizado depende de múltiples factores, entre los que destaca la herramienta de corte utilizada. El mecanizado de alta velocidad y de los materiales denominados difíciles de mecanizar, como las superaleaciones empleadas en la fabricación de motores a reacción, imponen unas condiciones extremas de trabajo caracterizadas por altas temperaturas, presiones y tensiones, que pueden provocar el fallo prematuro en servicio de la herramienta de corte. Además, el deterioro de la herramienta, debido a un excesivo desgaste y deformación, hace que resulte difícil mantener las tolerancias y la integridad de la superficie mecanizada, lo que compromete seriamente las propiedades de fatiga de la pieza y, por tanto, su aplicabilidad y vida útil. La importante implicación económica de este tipo de mecanizados hace que la industria europea se haya marcado como objetivo primordial mejorar la productividad de estos procesos e incrementar su precisión y calidad, promoviendo la búsqueda de nuevos materiales para herramienta que se adapten mejor a estos nuevos requerimientos.
De los materiales para herramienta que se emplean en la actualidad, los cermets son los que mejor se adaptarían a las exigencias de estos mecanizados, ya que poseen una alta resistencia al desgaste, una estabilidad química elevada y una resistencia mecánica que se mantiene a alta temperatura. Pero, sería necesario mejorar ostensiblemente la tenacidad de fractura y la tolerancia al daño hasta valores próximos a los que presentan los carburos cementados. Durante los últimos años se ha producido un continuado proceso de optimización de los cermets, modificando principalmente la microestructura y la composición química de las fases cerámicas empleadas. En el proyecto MAT2011-22981 demostramos que los cermets denominados de solución sólida completa, caracterizados por poseer una única fase cerámica homogénea formada por un carbonitruro complejo, permiten alcanzar una buena combinación de dureza y tenacidad y una alta resistencia a la oxidación.
En el presente proyecto, que puede considerarse como complementario al MAT2011-22981, se pretende mejorar aún más las propiedades de los cermets, pero actuando en este caso sobre la fase ligante, que es en última instancia la principal causante de la cohesión y la tenacidad del material. Las aleaciones de alta entropía de mezcla se postulan como candidatas idóneas para sustituir a las fases ligantes actuales, ya que presentan una alta resistencia, una buena ductilidad y un excelente comportamiento mecánico a elevadas temperaturas. El objetivo general del presente proyecto se centra en el desarrollo de cermets de solución sólida completa con una fase metálica ligante formada por aleaciones de alta entropía de mezcla. Los materiales que se desarrollarán poseerán una microestructura sencilla, similar a la que presentan los actuales carburos cementados, pero con una elevada complejidad composicional, ya que ambas fases constituyentes (cerámica y metálica) serán soluciones sólidas con un número importante de componentes, al menos cinco. Con estos nuevos cermets, se pretenden mantener las propiedades óptimas que presentan actualmente y mejorar aquellas que limitan su uso potencial en los mecanizados más exigentes.