¿Por qué resulta difícil el mecanizado de aleaciones de titanio y qué herramientas son las más adecuadas?

El titanio es alotrópico. Por debajo de los 882 °C presenta una estructura alfa hexagonal compacta; por encima de los 882 °C, una estructura beta cúbica centrada en el cuerpo. La aleación modifica la temperatura de transformación y el equilibrio de fases, dando lugar a aleaciones de titanio alfa, beta y alfa-beta.

Propiedades que influyen en el mecanizado

Por qué es difícil cortar el titanio

• El coeficiente de deformación por corte es cercano a 1 o inferior a este valor, lo que aumenta el deslizamiento de la viruta a lo largo de la cara de corte y acelera el desgaste.
• La temperatura de corte es elevada porque el calor se concentra cerca de una zona de contacto entre la herramienta y la viruta de tamaño reducido. En condiciones comparables, el Ti-6Al-4V puede alcanzar una temperatura de corte más del doble que la del acero al carbono de grado 45.
• Aunque la fuerza de corte principal puede ser aproximadamente 20% inferior a la del acero estructural, la presión de contacto puede alcanzar entre 130 y 150% de la del acero de grado 45, lo que concentra la tensión en el borde.
• La absorción de gases y los productos de reacción crean una capa superficial dura, quebradiza y no uniforme que merma la resistencia a la fatiga y favorece la aparición de muescas, astillas y desprendimientos.
• La alta afinidad, la temperatura y la presión provocan una fuerte adhesión y la acumulación de material en la herramienta.
• Una rigidez baja permite la flexión y la recuperación elástica de la pieza de trabajo, lo que reduce el ángulo de holgura efectivo y perjudica la precisión.

Elección de los materiales para las herramientas

Las opciones más habituales son el acero rápido con cobalto, aluminio o vanadio; el carburo cementado de tungsteno-cobalto, a veces con pequeñas adiciones de otros carburos; y determinados carburos con recubrimiento PVD/CVD. Las calidades de carburo de tungsteno-titanio y muchas plaquitas recubiertas no suelen ser adecuadas para esta aplicación.

Las herramientas de diamante y de nitruro de boro cúbico policristalino ofrecen un buen rendimiento en trabajos de acabado y de ultraprecisión. El diamante ofrece una dureza de hasta unos 10 000 HV y una excelente conducción térmica, pero debe mantenerse a una temperatura inferior a unos 700-800 °C, con una refrigeración y lubricación adecuadas. El PCBN tiene una dureza menor, pero presenta una estabilidad térmica superior a los 1.200 °C y una elevada inercia química frente al titanio, lo que lo hace adecuado para el corte en seco a altas temperaturas.