Creado 08.21

Introducción a los materiales de las herramientas de corte de TBM

La selección de los materiales de las herramientas de corte para TBM (Máquina Perforadora de Túneles) está determinada principalmente por las características de desgaste de los estratos del terreno (por ejemplo, "desgaste abrasivo de alta dureza" frente a "desgaste por impacto" en roca dura); la consideración clave es equilibrar la "resistencia al desgaste de alta dureza" con la "resistencia a la fractura de alta tenacidad". La herramienta de corte principal utilizada en una TBM es el cortador de discos, y sus materiales se clasifican principalmente en material del anillo cortador, material del cuerpo del cortador, material de los rodamientos y material de endurecimiento superficial, como se detalla a continuación:

1. Material del anillo de corte (componente principal de carga)

El anillo de corte está sometido directamente a compresión de alta presión e impactos de alta frecuencia de la roca; por lo tanto, su material debe poseer una dureza extremadamente alta, resistencia al desgaste y resistencia a impactos. Los materiales comunes incluyen:

Acero para trabajo en caliente: p. ej., H13 (4Cr5MoSiV1) y sus calidades mejoradas (p. ej., Cr8Mo2SiV). Con una dureza que oscila entre 55 y 60 HRC, este acero ofrece buena tenacidad y resistencia tanto al desgaste en frío como a altas temperaturas; es adecuado para aplicaciones que requieren dureza media y condiciones geológicas uniformes.

Acero para trabajo en frío: p. ej., DC53, DJ-1, etc. Con una dureza que oscila entre 59 y 62 HRC y una excepcional resistencia al desgaste, este acero es adecuado para aplicaciones que involucran rocas altamente abrasivas o condiciones de roca blanda; su resistencia al impacto supera a la de los aceros convencionales para trabajo en caliente.

Acero rápido de metalurgia de polvos: p. ej., SAM23. En comparación con el acero rápido convencional, ofrece mayor resistencia, dureza, tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace adecuado para entornos geológicos complejos caracterizados por alta dureza y desgaste severo.

Aleación dura (carburo de tungsteno, WC): por ejemplo, carburo de tungsteno totalmente sinterizado (contenido de WC > 90%) o una "matriz de acero de aleación de alta resistencia + capa de refuerzo de carburo de tungsteno." La dureza puede alcanzar HRC 60–65, ofreciendo una resistencia excepcional al desgaste abrasivo; es adecuado para rocas extremadamente duras (por ejemplo, granito) o formaciones geológicas altamente abrasivas.

Materiales de rendimiento gradual/compuestos: por ejemplo, anillos de corte con dureza gradual (alta dureza en el borde combinada con excelente tenacidad en el núcleo) o materiales recubiertos por colada centrífuga/fundición (por ejemplo, acero H13 con partículas de carburo de tungsteno, o capas de carburo de tungsteno recubiertas por láser o plasma en la superficie); estos materiales compuestos mejoran el rendimiento general y son adecuados para condiciones geológicas complejas o extremadamente adversas.

2. Material de la hoja (estructura principal)

Acero de alta resistencia y baja aleación: por ejemplo, 40CrNiMo, 9Cr2Mo, etc. Estos aceros poseen una excelente tenacidad general (alta energía de impacto) y resistencia, lo que les permite soportar impactos accidentales de capas intermedias duras como grava y prevenir el agrietamiento del cuerpo de la herramienta de corte.

3. Cojinetes y materiales de sellado (componentes auxiliares)

Material del rodamiento: acero para rodamientos de cromo de alto carbono (p. ej., GCr15), diseñado para soportar cargas radiales y axiales transmitidas por el anillo de corte; se combina con lubricante de alta temperatura para resistir las altas temperaturas generadas por la fricción en el disco de corte.

Material de sellado: caucho de nitrilo, caucho de flúor, etc., utilizado para evitar que el polvo de roca y las impurezas entren en el rodamiento, garantizando así la vida útil del rodamiento.

Nota: El material de las herramientas de la tuneladora debe seleccionarse según las condiciones geológicas específicas (dureza de la roca, abrasividad y cargas de impacto) para lograr una eficiencia de excavación y una vida útil óptimas de las herramientas.

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