The objective of the present work was to determine the suitability of a new iron-based Mn-Cu-Sn matrix alloy for the manufacture of diamond-impregnated tool components. A number of specimens were consolidated by the hot press route from ball-milled powders. Density, microstructural features, phase composition, bending properties and hardness were evaluated. The results revealed excellent mechanical properties, including σ 0.2 > 850 MPa in 3-point bending and HK0.5 > 300. A commercial Co-WC reference matrix alloy was also produced for comparison purposes. Diamond-impregnated specimens with different matrices were tested for wear rate on abrasive sandstone using a test rig specially designed to simulate tool application conditions. The tests that involved 3-and 2-body abrasion ranked the alloys in different orders. Statistical analysis showed that the wear rate of diamondimpregnated composites was mainly affected by diamond concentration, but statistically significant contribution of the matrix resistance to 3-body abrasion was also found.
In this work, Fe-Mn-Cu-Sn-C alloys were prepared by means of powder metallurgy (PM). Powder mixtures were ball-milled for 8, 30 and 120 h and densified to < 1% porosity using spark plasma sintering (SPS) at 900°C and 35 MPa. After consolidation, all samples of the Fe alloys were characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), hardness and flexural strength tests. Resistance to abrasive wear was evaluated in both three-body abrasion and two-body abrasion tests. The SEM observations revealed an evident dependence of grain size and microstructural homogeneity on milling time. The XRD analysis showed a marked increase in austenite content in the as-sintered specimens with milling time. Although the proportion of deformation-induced martensite was small, the strengthening effect of abrasion on the subsurface layer of the investigated alloys was clearly indicated by Knoop hardness measurements.
Why cobalt outperforms other matrix materials in its capacity for diamond retention in cutting tools is considered. To this end diamond loading conditions were modelled to establish the magnitude of stress and strain in the matrix surrounding a working diamond crystal. Only at 315 N did the contact force in Co result in plastic strain of 4-8%, which has a destructive influence on diamond retention. The strain field generated in a poorly performing Cu-40%Co-6%Sn matrix under a load of 190 N closely resembled that generated by 315 N in Co. It is postulated that diamond retention is related to the yield strength and work hardening characteristics of the metallic matrix.Keywords: matrix; wear; stress concentration; residual stress; finite element W artykule przedstawiono analizę czynników decydujących o bardzo dobrych własnościach retencyjnych kobaltu w odniesieniu do kryształów diamentu w spiekanych materiałach narzędziowych. W tym celu przygotowano komputerowy model kryształu diamentu osadzonego w osnowie i poddanego działaniu zewnętrznego obciążenia dla ustalenia wielkości naprężeń i odkształceń pojawiających się w osnowie. Stwierdzono, że siła 315 N działająca na diament umieszczony w kobalcie powoduje odkształcenie plastyczne osnowy w zakresie 4-8%, co ma negatywny wpływ na retencję. W przypadku stopu Cu-40%Co-6%Sn podobne wartości odkształceń zaobserwowano pod działaniem siły 190 N. Na podstawie otrzymanych wyników symulacji komputerowych można stwierdzić, że własności retencyjne materiału osnowy uzależnione są od jego granicy plastyczności oraz zdolności do umocnienia wywołanego odkształceniem plastycznym.
The possibility of the use of inexpensive iron-base powders in the production of sintered diamond tools is again explored. Ball-milled Fe-Ni-Cu-Sn-C and Fe-Mn-Cu-Sn-C powders were consolidated to a virtually pore-free condition by hot pressing at 900• C. The resultant materials are characterised by a combination of high Knoop hardness, 260-440 and yield strength, 780-1350 MPa, and resistance to abrasion. These properties can be significantly modified by changing the milling time.Keywords: ball milling, sintered diamond tools, matrix powder, Fe-Ni-Cu-Sn-C, Fe-Mn-Cu-Sn-C, hot pressing W artykule zamieszczono wyniki badań nad możliwością zastosowania tanich proszków na bazie żelaza do produkcji spiekanych narzędzi metaliczno-diamentowych. Mielone proszki Fe-Ni-Cu-Sn-C i Fe-Mn-Cu-Sn-C poddano prasowaniu na gorąco w temperaturze 900• C. Otrzymane spieki posiadają gęstość zbliżoną do teoretycznej, wysoką twardość (260-400 HK0.5), granicę plastyczności (780-1350 MPa) oraz dużą odporność na zużycie ścierne. Wymienione własności są w dużym stopniu uzależnione od czasu mielenia proszków wyjściowych.
A. ROMAŃSKI * FACTORS AFFECTING DIAMOND RETENTION IN POWDER METALLURGY DIAMOND TOOLS CZYNNIKI DECYDUJĄCE O WŁASNOŚCIACH RETENCYJNYCH OSNOWY W NARZĘDZIOWYCH SPIEKACH METALICZNO-DIAMENTOWYCHThis 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.Keywords: PM Diamond Tools, Diamond Retention, Computer Modeling, Mechanical Properties 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.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
hi@scite.ai
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.