[ca] El nitrur de bor cúbic policristal·lí (PcBN) és un material compost competitiu per a eines de tall que ofereix un excel·lent rendiment en el mecanitzat de materials difícils de tallar (ex. acers temprats, superaliatges, etc.). En la pràctica, el PcBN es recobreix amb una prima capa ceràmica per a evitar o diferir l'aparició de la tribooxidació i el desgast abrasiu. Encara que no hi ha una opinió consolidada sobre els beneficis dels recobriments en PcBN, la bibliografia majorment coincideix en el seu ús en operacions de tornejat dur. La recerca majoritàriament avalua el rendiment funcional de l'eina i els mecanismes de desgast, mentre que la informació relativa a la ciència dels materials del PcBN i del PcBN recobert, comprenent la correlació microestructura - propietats mecàniques, és bastant limitada. En aquest sentit, aquesta tesi se centra en estudiar la duresa, tenacitat a la fractura i resistència al desgast; propietats mecàniques clau que controlen la integritat mecànica i la fiabilitat de l'eina i que estan relacionades amb la resposta de contacte, la resistència a la fractura i la vida útil efectiva de l'eina, respectivament. En primer lloc, s'estudien i caracteritzen quatre substrats diferents dels sistemes de PcBN recoberts, incloent-hi el desenvolupament de protocols de caracterització i assaig. Per a això, la tomografia de feix d'ions focalitzats i la reconstrucció d'imatges en 3D es va utilitzar per a estudiar les característiques microestructurals d'una qualitat de PcBN amb alt contingut en cBN i lligant metàl·lic. Aquest és un mètode potent i útil per a conèixer i comprendre en profunditat les característiques microestructurals dels materials composts de PcBN. Després, es va avaluar les propietats micromecàniques, ja que són clau per a optimitzar el rendiment mitjançant el disseny microestructural. S'implementa amb èxit la nanoindentación d'alta velocitat per a caracteritzar i correlacionar la microestructura amb les propietats mecàniques locals d'aquests materials durs i rígids; utilitzant dues metodologies diferents, 1D i 2D Gaussiana, per a deconvolucionar estadísticament les dades. S'observa que la duresa està relacionada amb el contingut de cBN. Es va emprar un mètode a major escala per a avaluar la resposta a càrregues de contacte. Els graus amb major contingut de cBN i lligant metàl·lic, presenten una major resistència a la nucleació d'esquerdes i una transició més gradual a través dels diferents escenaris de dany degut a la seva major duresa i tenacitat a la fractura. Quant als mecanismes d'enduriment de la fractura, la trajectòria de l'esquerda canvia de propagar a través del lligant ceràmic a la fractura transgranular de les partícules de cBN, en augmentar el contingut de cBN. Molt interessant, la tenacitat a la fractura augmenta per la interacció de l'esquerda amb límits subgranulars o maclats intrínsecs de les partícules individuals de cBN, així com per la desviació de l'esquerda a través de les nanopartícules de cBN disperses en el lligant. Posteriorment, es va caracteritzar diferents sistemes de PcBN recobert (amb diferent naturalesa química i voltatge de polarització), en termes de resistència d'adhesió del recobriment i integritat mecànica dels sistemes recoberts en funció de la microestructura del substrat de PcBN. La resposta mecànica del sistema recobert, avaluada mitjançant indentación Rockwell C i assajos de ratllat, depèn en gran manera de la microestructura del substrat subjacent i, per tant, de la seva correlació intrínseca entre duresa i tenacitat. Finalment, es van utilitzar plaquetes de PcBN recobertes per a fresar un acer per a eines de treball en fred. Es va proposar com un estudi exploratori del rendiment de fresat dels sistemes de PcBN recobert per a avaluar l'inici de la fallada del recobriment sense implicar l'aparició d'altres fenòmens de desgast (e.j. els tèrmics).

[es] El nitruro de boro cúbico policristalino (PcBN) es un material compuesto competitivo para herramientas de corte que destaca por su alto rendimiento en el mecanizado de materiales difíciles de cortar (ej. aceros endurecidos, superaleaciones, etc.). En la práctica, el PcBN se recubre con una película cerámica para evitar y prolongar la aparición de la tribooxidación y el desgaste abrasivo. Aunque no hay una opinión consolidada sobre los beneficios de los recubrimientos en PcBN, la bibliografía mayormente coincide en su uso en operaciones de torneado en duro. La mayoría de las investigaciones evalúan el rendimiento funcional de la herramienta y los mecanismos de desgaste, mientras que la información relativa a la ciencia de los materiales del PcBN y del PcBN recubierto, comprendiendo la correlación microestructura - propiedades mecánicas, es bastante limitada. En este sentido, esta tesis se centra en estudiar la dureza, tenacidad a la fractura y resistencia al desgaste; propiedades mecánicas clave que controlan la integridad mecánica y la fiabilidad de la herramienta y que están relacionadas con la respuesta de contacto, la resistencia a la fractura y la vida útil efectiva de la herramienta, respectivamente. En primer lugar, se estudian y caracterizan cuatro sustratos distintos de los sistemas de PcBN recubiertos, incluyendo el desarrollo de protocolos de caracterización y ensayo. Para ello, la tomografía de haz de iones focalizados y la reconstrucción de imágenes en 3D se usó para estudiar las características microestructurales de una calidad de PcBN con alto contenido en cBN y ligante metálico. Éste es un método potente y útil para conocer y comprender en profundidad las características microestructurales de los materiales compuestos de PcBN. Después, se evaluó las propiedades micromecánicas, ya que son clave para optimizar el rendimiento mediante el diseño microestructural. Se implementa con éxito la nanoindentación de alta velocidad para caracterizar y correlacionar la microestructura con las propiedades mecánicas locales de dichos materiales, duros y rígidos, utilizando dos metodologías diferentes, 1D y 2D Gaussiana, para la deconvolución estadística de los datos. Se observa que la dureza está relacionada con el contenido de cBN. Se empleó un método a mayor escala para evaluar la respuesta a cargas de contacto. Los grados con mayor contenido de cBN y ligante metálico, presentan una mayor resistencia a la nucleación de grietas y una transición más gradual a través de los diferentes escenarios de daño debido a su mayor dureza y tenacidad a la fractura. En cuanto a los mecanismos de tenacidad de fractura, la trayectoria de la grieta cambia de propagar a través del ligante cerámico a la fractura transgranular de las partículas de cBN, en aumentar el contenido de cBN. Muy interesante, la tenacidad a la fractura aumenta por la interacción de la grieta con límites de subgrano o maclas intrínsecas a las partículas individuales de cBN, así como por la desviación de la grieta a través de las nanopartículas de cBN dispersas en el ligante. Posteriormente, se caracterizaron diferentes sistemas de PcBN recubierto (con diferente naturaleza química y voltaje de polarización), en términos de resistencia a la adhesión del recubrimiento e integridad mecánica de los sistemas recubiertos en función del ensamblaje microestructural del sustrato de PcBN. La respuesta mecánica del sistema recubierto, evaluada mediante indentación Rockwell C y ensayos de rayado, depende en gran medida del ensamblaje microestructural del sustrato subyacente y, por tanto, de su correlación intrínseca entre dureza y tenacidad. Por último, se utilizaron plaquitas de PcBN recubiertas para fresar un acero para herramientas de trabajo en frío. Se propuso como un estudio exploratorio del rendimiento de fresado de los sistemas de PcBN recubierto para evaluar el inicio del fallo del recubrimiento sin implicar la aparición de otros fenómenos de desgaste (e.j. los térmicos).