Comprensión de la maquinabilidad de aleaciones de titanio a través del empleo de técnicas avanzadas de estudio del proceso de formación de viruta

Résumé

Las aleaciones de Titanio están siendo cada vez más aplicadas en el sector aerospacial. Sin embargo, la pobre maquinabilidad de estos materiales da lugar a una baja productividad que limita una mayor aplicación. Esta tesis trata sobre el mecanizado de estos materiales, intentando entender las peculiaridades que provocan estas dificultades en su mecanizado. Para ello,se ha llevado a cabo un estudio fundamental de maquinabilidad de dos aleaciones del grupo α +β, la más común Ti6A14V y la novedosa TIMETAL®54M, con unas propiedades mecánicas similares pero maquinabilidad mejorada. Ambas aleaciones han sido sometidas a una detallada caracterización. Primero, se ha determinado su composición, propiedades mecánicas, microestructura y dureza. En segundo lugar, se ha estudiado el comportamiento a fricción de ambos materiales mediante un tribómetro especial desarrollado en la Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint- Etienne (France). Seguidamente, la maquinabilidad de ambas aleaciones ha sido comparada realizando ensayos de desgaste de herramienta en torneado cilíndrico, definiendo las V15 y la vida de herramienta para diferentes condiciones de corte. La nueva aleación ha mostrado un mejor comportamiento. Los mecanismos de desgaste han sido identificados analizando las herramientas utilizadas mediante perfilometría confocal y microscopía electrónica de barrido. Una vez analizado el comportamiento de las dos aleaciones de manera más industrial, se ha realizado un gran esfuerzo en la realización de ensayos de corta duración con un enfoque más científico que permitirá un conocimiento más profundo del proceso de corte de estas aleaciones. Entre las variables estudiadas, la medición de temperaturas recibe la mayor atención. Se ha utilizado un sistema de medición infrarroja de alta resolución para medir las temperaturas y su distribución en el mecanizado de las aleaciones estudiadas. Asimismo, la realización de una estancia en la University of North Carolina at Charlotte (USA) dio lugar a un novedoso trabajo sobre la variación de las temperaturas de corte bajo condiciones de corte interrumpido, como en las operaciones de fresado.A parte de las temperaturas, el proceso de formación de viruta, también ha sido estudiado. Por un lado, la morfología y el espesor de las virutas han sido analizados. Por otro lado, se han llevado a cabo mediciones de dureza en las zonas deformadas de las virutas mediante un nano-indentador. Finalmente, debido a la influencia de la microestructura en el mecanizado de aleaciones α +βde titanio, se han realizado ensayos adicionales en el Advanced Manufacturing Research Centre at Sheffield (Reino Unido) con muestras que habían recibido diferentes tratamientos térmicos.