Nel 2023 ricorre il 100° anniversario dell’invenzione del carburo cementato. Queste leghe, note per la resistenza alle alte temperature e la capacità di lavorazione rapida, hanno condizionato la concezione stessa delle moderne macchine utensili. In questo articolo, il Department Manager Rickard Sundström riepiloga la lunga storia del carburo cementato, spiega che cosa ha significato questo materiale, detto metallo duro, per Sandvik Coromant e ne prospetta la possibile evoluzione futura.
L’uomo ha spesso associato la propria storia evolutiva ai materiali: l’età della pietra, l’età del ferro e così via. Questo dimostra quanto siano sempre stati importanti i materiali con cui vengono costruiti gli utensili e testimonia l’aspirazione dell’uomo a progredire e migliorare costantemente. Le applicazioni e la complessità degli utensili sono cambiate enormemente nel corso dei secoli ma la loro funzione rimane cruciale anche nel mondo di oggi.
I primi passi
Lo sviluppo della prima lega di acciaio commerciale è spesso attribuita a Robert Forester Mushet che, nel 1868, ha scoperto che aggiungendo tungsteno all’acciaio se ne aumentava la durezza, anche dopo il raffreddamento ad aria. Questa scoperta ha dato il “via” allo sviluppo delle leghe e all’uso dell’acciaio per utensili. Nei primi anni del ‘900, la lavorazione dei metalli era ancora affidata ad artigiani altamente qualificati e molto abili che, come materiale per gli utensili da taglio, utilizzavano acciaio per utensili.
Tuttavia, con l’avvento della produzione di massa, trainata da settori che proprio in quegli anni iniziavano a decollare – come quello automobilistico – è diventato chiaro che l’acciaio per utensili non sarebbe stato in grado di tenere il passo. La sua limitata resistenza al calore si traduce in incrudimento a temperature più elevate, soprattutto in corrispondenza dell’interfaccia fresa-pezzo, rendendo difficile il taglio ad alta velocità.
Si è arrivati quindi allo sviluppo dell’acciaio rapido, contenente una maggiore quantità di cobalto rispetto all’acciaio per utensili. Il cobalto aggiuntivo conferisce all’acciaio una migliore durezza a caldo, permettendo di lavorare a velocità di taglio molto più elevate. E la maggiore velocità di lavorazione, a sua volta, ha consentito di aumentare la produttività e abbassare i costi complessivi del prodotto, contribuendo a rendere i veicoli sempre più economici e accessibili a un maggior numero di persone.
L’arrivo del carburo cementato
Il successo dell’acciaio rapido ha dato nuovo impulso al settore e svolto un importante ruolo nella successiva invenzione del carburo cementato. Il 30 marzo 1923, Karl Schröter, allora responsabile R&S presso Osram, ha registrato il primo brevetto “Gesinterte harte Metallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung“ (DE420689). Originariamente destinato alle filiere per l’industria delle lampadine, il carburo cementato è stato poi sviluppato e testato per gli utensili da taglio. E così è stato presentato alla fiera di Lipsia del 1927. Fini particelle di metallo duro vengono cementate in un composito con un legante metallico per produrre carburo cementato. Carburo di tungsteno (WC), carburo di titanio (TiC) e carburo di tantalio (TaC) sono i metalli duri più comuni, spesso associati a cobalto e nichel come metalli leganti.
Se l’introduzione dell’acciaio rapido ha rivoluzionato il mercato manifatturiero, l’invenzione del carburo cementato ha permesso di rendere notevolmente più rapida la lavorazione. Con velocità di taglio dell’acciaio che potevano arrivare a 150 metri al minuto, questo nuovo materiale si è rivelato quasi quattro volte più veloce dell’acciaio rapido.
Gli utensili di Sandvik in carburo cementato
È stato così che Sandvik ha iniziato a sviluppare utensili in carburo cementato. Il marchio Sandvik Coromant è stato creato nel 1942 proprio per offrire utensili da taglio moderni, basati sul carburo cementato. I primi utensili in carburo cementato di Sandvik Coromant sono stati prodotti l’anno successivo e, con l’industrializzazione degli anni ’50 e ’60, la domanda non ha fatto che crescere.
Nel 1969, Sandvik Coromant è stata la prima al mondo a offrire inserti in carburo cementato con rivestimento ceramico. La qualità ceramica “Gamma Coating” ha notevolmente migliorato sia l’usura che la resistenza al calore degli utensili, aumentando anche del 50% le prestazioni di taglio. Successivamente, Coromant ha continuato a sviluppare la sua offerta in carburo cementato per diversi settori industriali proponendo qualità e punte di nuova concezione tra cui la GC 4225 che, nel 2005, è diventata la qualità più venduta al mondo.
Materie prime limitate
Ma quale sarà il futuro dei carburi cementati? Per la loro produzione è necessario disporre di metalli come il tungsteno e il cobalto ma queste risorse sono limitate. Il cobalto, ad esempio, viene utilizzato nelle batterie agli ioni di litio per prolungarne la durata ma l’impennata della domanda, associata alle sfide poste dall’estrazione mineraria, potrebbe determinarne la carenza già nel 2028.
Per proteggere queste risorse, è indispensabile che produttori e fornitori facciano la loro parte e lavorino in modo sostenibile. Ciò potrebbe avvenire attraverso il ricondizionamento degli utensili usurati, per dare loro una seconda o addirittura una terza vita, oppure tramite programmi di riacquisto degli utensili irrecuperabili che permettano il riciclo del materiale. Sandvik Coromant offre entrambi questi servizi, grazie a cui la nostra più recente linea di qualità per la tornitura dell’acciaio contiene almeno il 40% di materiale riciclato. Considerare già in fase di progettazione le problematiche legate all’approvvigionamento e alla sostenibilità contribuisce anche a garantire che, per gli utensili, non venga utilizzato più materiale del necessario.
Uno sguardo al futuro
Il futuro dei carburi cementati è legato alla disponibilità delle materie prime e per Sandvik Coromant, ciò significa continuare a migliorare e sfruttare al meglio gli schemi di sostenibilità curando, in particolare, l’aspetto della selezione del nostro processo di riciclo che richiede ancora troppe risorse energetiche.
Nonostante i grandi progressi fatti in termini di innovazione, i materiali più vecchi come l’acciaio rapido svolgono ancora un ruolo importante nel mercato globale degli utensili da taglio. E a 100 anni dalla sua invenzione, il carburo cementato è ancora protagonista in molti settori industriali. Tuttavia, l’evoluzione non si ferma, le applicazioni cambiano e la sfida a trovare soluzioni sempre nuove e migliori continua.
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