Factors affecting diamond retention in powder metallurgy diamond tools

• Autorzy: Romański A.

Warianty tytułu

PL

Czynniki decydujące o własnościach retencyjnych osnowy w narzędziowych spiekach metaliczno-diamentowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes the effects of principle factors which have an influence on potential diamond retention capabilities in powder metallurgy diamond tools. Investigations were carried out using a 3-D computer model of diamond particle embedded in a metallic matrix. The proposed model assumed that the material was fully densified by the hot pressing technique and then cooled down to room temperature. The energies of plastic and elastic deformation of the matrix around the diamond grit as well as recoverable strain energy accumulated in the grit on cooling were calculated. The effects of Young's modulus and yield strength of the matrix as well as friction between diamond and matrix on these energies were analysed. The obtained results have shown that a matrix characterised by high yield strength ensures better diamond retention capacity whereas high Young's modulus of the matrix and its chemical affinity to carbon, which increases friction at the diamond-matrix interface seem to have lower importance.

PL

W pracy przedstawiono analizę wpływu podstawowych czynników mających wpływ na własności retencyjne materiału osnowy w narzędziowych spiekach metaliczno-diamentowych. Badania wykonano z zastosowaniem modeli 3-D cząstki diamentu osadzonej w osnowie. W zaproponowanym modelu założono, że materiał został zagęszczony do gęstości teoretycznej w wyniku prasowania na gorąco i następnie ochłodzony do temperatury otoczenia. Dla temperatury otoczenia obliczano całkowitą energię odkształcenia oraz energię odkształcenia plastycznego materiału osnowy wokół diamentu oraz energię odkształcenia sprężystego cząstki diamentu. Analizie poddano wpływ modułu Younga i granicy plastyczności osnowy oraz współczynnika tarcia pomiędzy cząstką diamentu i osnową na te energie. W wyniku analizy otrzymanych rezultatów badań modelowych stwierdzono, że materiał osnowy odznaczający się większą granicą plastyczności zapewnia wyższe własności retencyjne osnowy. Natomiast większy moduł Younga oraz zwiększenie współczynnika tarcia, np. poprzez zastosowanie osnowy odznaczającej się powinowactwem chemicznym do węgla mają z punktu widzenia retencji diamentu mniejsze znaczenie.

Słowa kluczowe

EN

PM diamond tools; diamond retention; computer modelling; mechanical properties

PL

narzędzia diamentowe; retencja diamentu; modelowanie komputerowe; właściwości mechaniczne

• 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: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 4
• Strony: 1073--1081
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Romański A.

• Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science, AGH University of Science and Technology, 30-059 Krakow, 30 Mickiewicza Str., Poland

Bibliografia

• [1] J. Konstanty, Cobalt as a Matrix in Diamond Impregnated Tools for Stone Sawing Applications, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Krakow 2002.
• [2] D. A. Akyüz, Interface and microstructure in cobalt based diamond tools containing chromium, Ph.D. Thesis, EPFL, Lausanne, Switzerland 1999.
• [3] J. Konstanty, Developing a better understanding of the bonding and wear mechanisms involved in using diamond impregnated tools, Proc. Interantional Workshop on Diamond Tool Production, 97-106 (1999).
• [4] J. Konstanty, A. Romański, H. Frydrych, Effect of mechanical properties of the matrix on its diamond retention capacity and wear characteristics during sawing hard stone by means of diamond impregnated tools, Proc. of PM 2000 Powder Metallurgy World Congress & Exhibition, Kyoto, Japan, part 2, 1629-1632 (2000).
• [5] H. Frydrych, A. Romański, J. Konstanty, The Influence of Iron Content and Powder Metallurgy Processing Route on Microstructure and Mechanical Properties of Cobalt-Iron Materials - Archive of Metallurgy 49, 4, 957 (2004).
• [6] A. Romański, J. Lachowski, H. 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, Rome, Italy, 1-9 (2007).
• [7] 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 1/09, 28-32 (2009).
• [8] A. Romański, J. Lachowski, Effect of friction coefficient and mechanical properties of the matrix on its diamond retention capabilities, Proc.of 5th International Powder Metallurgy Conference, 8-12.10.2008, Ankara, Turcja, 298-307.
• [9] A. Romański, J. Lachowski, Effect of friction coefficient on diamond retention capabilities in diamond impregnated tools, Archives of Metallurgy and Materials 54, 4, 1111-1118 (2009).
• [10] L. Reis, P.M. Amaral, B. Li, M. de Freitas, L. Guerra Rosa, Evaluation of the residual stresses due to the sintering process of diamond-metal matrix hot-pressed tools, Theoretical and Applied Fracture Mechanics 49, 226-231 (2008).
• [11] B. Li, P.M. Amaral, L. Reis, C.A. Anjinho, L.G. Rosa, M. de Freitas, 3-D-modelling of the local plastic deformation and residual stresses of PM diamond-metal matrix composites, Computational Materials Science 47, 1023-1030 (2010).
• [12] W. Martiensen, H. Warlimont, (Eds.), Springer Handbook of Condensed Matter and Materials Data, Springer Berlin Heidelberg 2005.
• [13] P. R. Davis, M. L. Fish, S. Peacock, D. N. Wright, An indicator system for saw grits, Industrial Diamond Review, 3 (1996).