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

Abstract

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.Keywords: diamond impregnated tools, matrix, stress/strain field, diamond retention, numerical modelling W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowych pól naprężeń i odkształceń wytworzonych w kobaltowej osnowie segmentu piły tarczowej. Pola naprężeń i odkształceń powstają w procesie produkcji i po obciążeniu wystającego diamentu przez zewnętrzną siłę. Głównym celem prezentowanej pracy było lepsze zrozumienie czynników dotyczących retencji cząstki diamentu w osnowie metalicznej segmentów piły, które są wytwarzane za pomocą technologii metalurgii proszków.Efektywne stosowanie narzędzi metaliczno-diamentowych w dużym stopniu zależy od mechanicznych i tribologicznych właściwości osnowy, która musi mocno utrzymywać cząstki diamentowe. Zdolność osnowy retencji diamentu jest uzależniona w skomplikowany sposób od chemicznych i mechanicznych oddziaływań pomiędzy kryształem diamentu i osnową podczas wytwarzania segmentu. Wskutek różnicy współczynników rozszerzalności cieplnej diamentu i metalicznej osnowy, złożone pole naprężeń i odkształceń powstaje w materiale osnowy otaczającej każdą cząstkę diamentu.Założono, że potencjalna zdolność osnowy do retencji diamentu może być skojarzona z sumą sprężystej i plastycznej energii deformacji i z wielkością strefy odkształcenia występującej w osnowie otaczającej diament. Pola naprężeń i odkształceń w osnowie były obliczane przy użyciu systemu Abaqus. Stwierdzono, że pola naprężeń i odkształceń wytwarzane w czasie produkcji segmentu zmieniają się w szerokim zakresie, gdy...

Properties of sinters obtained by Fe, Cu and Ni powders hot-pressing

“…Znajomość współ-czynnika rozszerzalności cieplnej osnowy jest potrzebna m.in. do symulacji retencji cząstki diamentu w osnowie [5,6]. Zależność tego współczynnika od temperatury (w zakresie charakterystycznym dla prasowania na gorą-co) wyznaczono metodą dylatometryczną za pomocą dylatometru firmy Netzsch.…”

“…II i III) oraz innymi spiekami na bazie żelaza, zawierającymi Cu [5], natomiast wypada gorzej od spieków kobaltu [6].…”

“…IV) oraz większy od współczynnika rozszerzalności kobaltu [6], który ma dobre własności retencyjne. Ta cecha pozwala na rozważe-nie badanego materiału jako osnowy w produkcji narzę-dzi metaliczno-diamentowych.…”

“…Spiekane stopy kobaltu charakteryzują się wysoką wytrzymałością i dobrą plastycznością. Osnowa kobaltowa wykazuje bardzo dobre właściwości retencyjne [5,6]. Wadą kobaltu jest natomiast wysoka i niestabilna cena.…”

Production of sinters from commercial powder mixtures for a matrix of diamond impregnated tools

“…Osnowa kobaltowa odznacza się bardzo dobrymi właściwościami retencyjnymi, tzn. dobrze utrzymuje cząstki diamentów na powierzchni roboczej kompozytu [5,6].Wadą kobaltu jest jego wysoka i niestabilna cena. Dlatego wytwórcy narzędzi poszukują tańszych materiałów osnowy mogących zastąpić kobalt [7][8][9].…”