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ISTORIA DEL METAL DURO
PRIMERO DE LOS CUATRO CAPÍTULOS QUE REPASAN LA HISTORIA, EVOLUCIÓN Y SITUACIÓN ACTUAL DEL METAL DURO Y SUS USOS EN LA METALURGIA
¿Qué es el Metal Duro? ¿Un poco de historia? Qué tal… ¿las herramientas de Metal Duro? Casi nos parece que siempre estuvo con nosotros. El metal duro utilizado para mecanizar es tan habitual, tan común, que ya nos parece imposible mecanizar con otro material. Nuestros estándares de rendimiento están basados en este material, pero… ¿qué sabemos de él? Un poco de su historia y su continuo desarrollo, sin pretender ser exhaustivos, quizá nos lo hará conocer y valorar un poco más este material que tenemos ahora tan a mano. A lo largo de 4 ediciones publicaremos la historia y orígenes, sus principales características, la evolución de las máquinas para su mecanizado y las tendencias de futuro. Josep Alsina Isart, ex d irector técnico de Iscar Ibérica
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o que conocemos por Metal Duro es Carburo de Wolframio o Carburo de Tungsteno (ambos nombres son lo mismo) prensado y sinterizado y que, para la realización de las herramientas de corte,
integra en su estructura en forma de polvo un porcentaje de Cobalto que oscila en general entre el 6 y el 10%. También se han introducido pequeños porcentajes de Titanio, Tantalio y Niobio. El Cobalto es imprescindible ya que actúa de aglutinante, es el ‘cemento’ que le da la tenacidad necesaria. Cuanto mayor sea el tamaño del grano y mayor el porcentaje de Cobalto, más tenaz será el Metal Duro, y cuanto más fino sea el polvo y menor el contenido de Cobalto será más duro, pero a la vez más frágil.
El Nacimiento El Carburo de Wolframio/Tungsteno fue descubierto por el Nobel francés Henry Moissan en 1897 quien, en su búsqueda del diamante artificial, mezcló partículas metálicas de Wolframio y de azúcar (por su contenido de carbono) y, calentando la mezcla a elevada temperatura, obtuvo el Carburo de Wolframio/Tungsteno que resultó extremadamente frágil. Desgraciadamente las guerras son siempre las grandes impulsoras de los avances técnicos. En la primera Guerra Mundial en Alemania ya se hicieron intentos de prensado del Carburo de Tungsteno a muy alta presión, sin éxito. Recordemos que el material de corte más moderno en aquel momento era el acero rápido o HSS (High Speed Steel), descubierto en 1898 por Frederick
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Capítulo 1º
A la izq., Henry F.M. Moisan (1852-1907) que, en 1894, descubre el Carburo de Tungsteno. A la dcha., F.W. Taylor.
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De izq. a dcha.: Logo de Osram, síntesis de las palabras OSmio y wolfRAMIO; taller de Widia de Krupp en Essen, 1925; y Gustav Krupp.
W. Taylor, al incluir Tungsteno en el acero aleado utilizado hasta entonces. Taylor realizó en 1900 una demostración en la Exposición Internacional de París en la que, ante las velocidades de corte habituales entonces de 10 metros/minuto, de forma experimental alcanzó hasta los casi 40 metros/minuto. ¡4 veces más! Impensable hasta aquel momento. Posteriormente, se añadió Cobalto de un 5 al 10%, también Vanadio, Niobio y Molibdeno. Sin embargo, hasta cerca del inicio de la 2ª Guerra Mundial, en la práctica las velocidades de corte oscilaron entre los 20 y 30 metros/ minuto en aceros al carbono, incluso menores para mecanizar aceros aleados. En 1923 los ingenieros Karl Schröter y Baumhauer de la compañía berlinesa de bombillas Osram (licenciada por General Electric) lograron sintetizar un producto con base Carburo de Tungsteno con la adición del 10% de cobalto. Así se alcanzó la tenacidad suficiente para el filamento de las lámparas incandescentes resolviendo el problema existente hasta entonces de la fragilidad. La solución estaba encaminada. Pero volvamos a las herramientas de Metal Duro con su historia relativamente corta. En 1926 la empresa alemana Krupp desarrolló el Carburo Cementado (Carburo de Tungsteno + Cobalto) presentándolo en 1928 en la Feria de Leizpig con la denominación Widia, que proviene del alemán ‘Wie Diamant’ (como diamante). Seguidamente en los años 30 se inició su aplicación práctica como material de corte mediante la fabricación de pequeñas plaquitas, con un 90% de Carburo de Tungsteno más el 10% de Cobalto prensado y sinterizado. Estas pequeñas plaquitas se soldaban mediante aleación de bronce a mangos de acero semejantes en forma a las herramientas de acero rápido.
Cuanto mayor sea el tamaño del grano y mayor el porcentaje de cobalto, más tenaz será el Metal Duro, y cuanto más fino sea el polvo y menor el contenido de cobalto será más duro, pero a la vez más frágil
En los años inmediatos a la 2ª Guerra Mundial, en la segunda mitad de los años 30, Alemania desarrolló máquinas-herramienta de mayor potencia para fabricar armas y elementos de transporte en gran cantidad. Gracias al nuevo material Widia se pudo incrementar la velocidad de corte situándola entre los 60 y los 90 metros por minuto, lo que representó de 3 a 5 veces más rápido que el acero rápido empleado comúnmente, aumentando de forma sustancial de esta manera la producción industrial alemana. Resultado: un salto capital en la producción de componentes mecá-
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HISTORIA DEL METAL DURO
nicos. Otras marcas alemanas como Komet, Hertel y Walter, junto la austriaca Tizit- Plansee y la suiza Stellram —que nació en 1932 al iniciar la producción de Metal Duro y estableció su sede en 1940 en Nyon—, y otras de menor influencia fueron importantes en la activación y elevado rendimiento de las industrias mecánicas en Centro Europa. En paralelo, en Japón, otro país beligerante, Mitsubishi —la marca cuyo logo son 3 diamantes— inició la investigación y desarrollo del Metal Duro al mismo tiempo que se producía en Alemania, tanto a final de los años 20 como en la década de los 30. Mitsubishi y otros fabricantes afines como Tungaloy, Toshiba y Sumitomo, impulsados por la inminente cercanía de la 2ª Guerra Mundial, también incrementaron la producción industrial de armas y vehículos en el área relativa al mecanizado empleando productos con la tecnología del carburo de tungsteno por encima del acero rápido.
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Walter fue una de las empresas alemanas que contribuyeron al desarrollo de la industria mecánica en Europa central.
En los Estados Unidos, ya en 1928, General Electric (GE) inicia la experimentación con el carbono de Tungsteno que se consolidará bajo el nombre de Carboloy y que, con creciente éxito, en las décadas siguientes, adquirió prestigio en EE UU e incluso en Europa, hasta que fue absorbida por la sueca Seco Tools en los años 80 del siglo pasado. También en Estados Unidos en 1938, el metalúrgico Philip M. MacKenna desarrolló una aleacion de Tunsgteno titanio para las herramientas de corte, creando entonces la compañía Kennametal, con tan sólo 12 empleados, en Latrobe, Pensylvania. Durante la 2º Guerra Mundial sus ventas alcanzaron los 10 millones de dólares y amplió el número de empleados hasta casi los 900. Hoy es una de las principales del sector. Más tarde en Suecia en 1942, Sandvik, la empresa fabricante de aceros e inoxidables fundada años antes por Göran Frederik Göransson, inició la fabricación de herramientas de corte, desarrollándola en la década de los 50 en Gimo (Suecia) hasta que en 1984 se creó la organización descentralizada con matriz propia para los productos de corte. Hoy en día es uno de los gigantes del sector.
De izq. a dcha. y de arriba a abajo: Ichisuke Fujioca (1885-1949), fusionó Tokyo Electric y Shibaura Eng. (Toshiba) en 1929 y creó Tungaloy en 1935; Koyata Iwasaki (1879-1945), de Mitsubishi; y operarias en fase de montaje en Tungaloy.
De izq., a dcha. y de arriba a abajo: Samuel Hoyt, de General Electric, en 1928 redujo el coste de producción del Metal Duro con Carboloy; Philip McKenna (1897-1969) fundó Kennametal en 1938; Stef Wertheimer (1926-) fundó Iscar en Nahariya, Israel, en 1952; Wilhem Haglund, primer director de Coromant entre 1942 y 1953; y Robert Breuning, de Komet.
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Capítulo 1º
La también sueca Fagesta, antigua marca muy reputada de HSS (Acero Rápido), se transforma en Seco Tools que, en la década de los años 60, al adquirir pequeñas empresas de herramientas, conforma en la actualidad también una de las empresas importantes en el sector. En 1952 Stef Wertheimer de origen alemán y establecido desde 1939 en Galilea, Israel, fundó Iscar (Israel Carbide). Sin antecedentes en el país, progresó de manera casi exponencial sobre la base del diseño en la fijación mecánica, con soluciones innovadoras para las operaciones del mecanizado más conflictivas. Iscar es hoy reconocida por su innovación constante. Integrada en el Grupo IMC como empresa básica, adquirió otras empresas de la competencia en Corea, Alemania, EE UU, Japón, Italia y Francia. En la actualidad comprende 13 empresas con 130 filiales en más de 60 países. El grupo se sitúa en el segundo lugar en penetración en la industria del arranque de material.
Curiosidades
Gracias al nuevo material Widia se pudo incrementar la velocidad de corte situándola entre los 60 y los 90 m/min, lo que representó de 3 a 5 veces más rápido que el acero rápido empleado comúnmente
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El Metal Duro es un material considerado estratégico. Por ejemplo, el gobierno estadounidense lo incluye dentro de los materiales de categoría vital junto a otros materiales y productos como el petróleo, lo que significa que se almacenan reservas para 6 meses, ante posibles fallos de suministro debido a fenómenos naturales o guerras. China es el mayor productor de Tungsteno del mundo y la producción anual de 64.000 toneladas es equivalente a más del 83% de la producción mundial. Rusia es el segundo mayor productor de Tungsteno del mundo y el más grande de Europa, con 3.537 toneladas. Canadá y Bolivia les siguen con 2.194 y 1.247 toneladas respectivamente —según datos de 2012—. Obsérvese que las principales marcas de herramental de Metal Duro son de Suecia, Estados Unidos, Israel, Alemania y Japón y que no figuran en la lista de productores mínimamente significativos.
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Lista de países por producción de Tungsteno
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PAÍSES
PRODUCCIÓN (EN TONELADAS)
China
64.000
Rusia
3.537
Canadá
2.194
Bolivia
1.247
Vietnam
1.0.50
Portugal
763
Austria
706
Ruanda
700
España
542
Brasil
381
I WANT YOUR TUNGSTEN SCRAP Las guerras son siempre las grandes impulsoras de los avances técnicos y el Metal Duro no fue una excepción. El cartel, una campaña de EE UU de 1.942 demandando excedentes de Tungsteno para la Industria de Guerra.
EN EL CAPÍTULO 2º ABORDAREMOS LAS CARACTERÍSTICAS DEL METAL DURO Y LOS MÉTODOS DE FABRICACIÓN
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