Numerical Modelling of Stress/Strain Field Arising in Diamond-Impregnated Cobalt

• Autorzy: Borowiecka-Jamrozek J. , Lachowski J.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0073

Warianty tytułu

PL

Numeryczne modelowanie pól naprężeń i odkształceń w kompozytowych materiałach diament-kobalt

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of computer simulations of the stress/strain field built up in a cobalt matrix diamond impregnated saw blade segment during its fabrication and after loading the protruding diamond with an external force. The main objective of this work was to create better understanding of the factors affecting retention of diamond particles in a metallic matrix of saw blade segments, which are produced by means of the powder metallurgy technology. The effective use of diamond impregnated tools strongly depends on mechanical and tribological properties of the matrix, which has to hold the diamond grits firmly. The diamond retention capability of the matrix is affected in a complex manner by chemical or mechanical interactions between the diamond crystal and the matrix during the segment manufacture. Due to the difference between the thermal expansion coefficients of the diamond and metallic matrix, a complex stress/strain field is generated in the matrix surrounding each diamond crystal. It is assumed that the matrix potential for diamond retention can be associated with the amount of the elastic and plastic deformation energy and the size of the deformation zone occurring in the matrix around diamonds. The stress and strain fields generated in the matrix were calculated using the Abaqus software. It was found that the stress and strain fields generated during segment fabrication change to a large extent as the diamond crystal emerges from the cobalt matrix to reach its working height of protrusion.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowych pól naprezen i odkształcen wytworzonych w kobaltowej osnowie segmentu piły tarczowej. Pola naprezen i odkształcen powstaja w procesie produkcji i po obciazeniu wystajacego diamentu przez zewnetrzna siłe. Głównym celem prezentowanej pracy było lepsze zrozumienie czynników dotyczacych retencji czastki diamentu w osnowie metalicznej segmentów piły, które sa wytwarzane za pomoca technologii metalurgii proszków. Efektywne stosowanie narzedzi metaliczno-diamentowych w duzym stopniu zalezy od mechanicznych i tribologicznych własciwosci osnowy, która musi mocno utrzymywac czastki diamentowe. Zdolnosc osnowy retencji diamentu jest uzalezniona w skomplikowany sposób od chemicznych i mechanicznych oddziaływan pomiedzy kryształem diamentu i osnowa podczas wytwarzania segmentu. Wskutek róznicy współczynników rozszerzalnosci cieplnej diamentu i metalicznej osnowy, złozone pole naprezen i odkształcen powstaje w materiale osnowy otaczajacej kazda czastke diamentu. Załozono, ze potencjalna zdolnosc osnowy do retencji diamentu moze byc skojarzona z suma sprezystej i plastycznej energii deformacji i z wielkoscia strefy odkształcenia wystepujacej w osnowie otaczajacej diament. Pola naprezen i odkształcen w osnowie były obliczane przy uzyciu systemu Abaqus. Stwierdzono, ze pola naprezen i odkształcen wytwarzane w czasie produkcji segmentu zmieniaja sie w szerokim zakresie, gdy czastka diamentu wynurza sie z kobaltowej osnowy osiagajac robocza wysokosc protruzji.

Słowa kluczowe

EN

diamond impregnated tools; matrix; stress/strain field; diamond retention; numerical modelling

PL

macierz; narzędzia diamentowe impregnowane; pola naprężeń i odkształceń; retencja diamentu; modelowanie numeryczne

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 2
• Strony: 443--446
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Borowiecka-Jamrozek J.

• Faculty of Mechatronics and Machinery Design, Kielce University of Technology, Al. Tysiaclecia Pp 7, 25-314 Kielce, Poland

autor

Lachowski J.

• Faculty of Management and Computer Modelling, Kielce University of Technology, Al. Tysiaclecia Pp 7, 25-314 Kielce, Poland

Bibliografia

• [1] J. Konstanty, Powder metallurgy diamond tools:a review of manufacturing routes, Materials Science Forum 534-536, 1121-1124 (2007).
• [2] J. Borowiecka-Jamrozek, J. Konstanty, Strukturaiwłasnosci materiałów osnowy w narzędziowych kompozytach metaliczno-diamentowych HUTNIK - Wiadomości-Hutnicze, Rok 2010, Nr 10, Wyd SIGMA-NOT, 593-596.
• [3] J. Borowiecka-Jamrozek, J. Konstanty, Properties of hot pressed Fe-50%-Co materials, Inżynieria Materiałowa 6, 1429-1432 (2010).
• [4] J. Borowiecka-Jamrozek, Engineering structure and properties of materials used as a matrix in diamond impregnated tools, Archives of Metallurgy and Materials 58, 1, 5-8 (2013).
• [5] J. Konstanty, Production of diamond saw blades for stone sawing applications, Key Engineering Materials 250, 1-12 (2003).
• [6] J. Konstanty, Production parameters and materials selection of powder metallurgy diamond tools: technology review, Powder Metallurgy 49, 299-306 (2006).
• [7] J. Konstanty, The materials science of stone sawing, Industrial Diamond Review 51, 27-31 (1991).
• [8] J. Romański, J. Lachowski, J. Konstant y, Diamond retention capacity - evaluation of stress field generated in a matrix by a diamond crystal, Industrial Diamond Review 66, 3, 43-45 (2006).
• [9] A. Romański, J. Lachowski, Modelowanie stanu naprezeniodkształcenwspiekanych materiałach narzedziowych metaliczno-diamentowych, Rudyimetale niezelazne R52, 7, 402-409 (2007).
• [10] A. Romański, J. Lachowski, Effect of friction coefficient on diamond retention capabilities in diamond impregnated tools, Archive of Metallurgy and Materials 54, 4, 1111-1118 (2009).
• [11] J. Romański, J. Lachowski, J. Frydrych, Is energy of plastic deformation a good estimator of the retentive properties of metal matrix in diamond impregnated tools? 2nd International Industrial Diamond Conference, 19-20th April 2007, Rome, Italy.
• [12] A. Romański, J. Lachowski, H. Frydrych, Energy of plastic deformation as an estimator of the retentive properties of the metal matrix in diamond impregnated tools, Diamond Tooling Journal 1, 28-36 (2009).
• [13] Encyclopedic Dictionary of Condensed Matter Physics, Ed Ch. P. Poole jr, Elsevier Academic Press, London 2004.
• [14] SIMULIA Dassault System, Abaqus analysis user’s manual, Version 612 (2012).