Modelowanie komputerowe retencji i pracy cząstki diamentu w osnowie metalicznej

W pracy przedstawiono wyniki symulacji komputerowych retencji i pracy cząstki diamentu w osnowie metalicznej. Cząstki diamentów stanowią elementy skrawające spieków metaliczno-diamentowych wytwarzanych za pomocą technologii metalurgii proszków. W wyniku procesu prasowania na gorąco otrzymuje się spieki popularnie nazywane segmentami metaliczno-diamentowymi, w osnowie których rozmieszczone są cząstki diamentów. Segmenty lutuje się do stalowych tarcz i stanowią one elementy tnące pił (rys. 1) służących do cięcia materiałów budowlanych i kamieni naturalnych. Istotną właściwością materiału osnowy jest retencja, czyli utrzymywanie cząstek diamentu (rys. 2, 3) przez otaczającą osnowę podczas pracy narzędzia metaliczno-diamentowego. Cząstki diamentu są utrzymywane w osnowie w wyniku połączenia chemicznego lub mechanicznego podczas procesu prasowania na gorąco. Na styku diament-osnowa mogą zachodzić reakcje chemiczne, które prowadzą do zwiększenia współczynnika tarcia, co zwiększa retencję cząstki diamentu w osnowie. Natomiast połączenie mechaniczne jest wynikiem różnicy współczynnika rozszerzalności cieplnej pomiędzy diamentem a materiałem osnowy. Cząstka diamentu jest zakleszczana przez otaczającą osnowę, która ulega odkształceniu sprężystemu oraz plastycznemu. Uzyskanie odpowiedniego połączenia mechanicznego zależy od własności sprężystych i plastycznych materiału osnowy. Analiza retencji cząstki diamentu w zależności od właściwości mechanicznych osnowy została przeprowadzona metodą elementów skończonych z wykorzystaniem programu Abaqus. Wyznaczono pola mechaniczne naprężeń i odkształceń w cząstce diamentu oraz w osnowie otaczającej cząstkę. Obliczono energię sprężystą i plastyczną osnowy, jako parametry retencji cząstki diamentu.

---

The results of computer simulation of retention and working of diamond particle in metallic-diamond segments has been presented in the paper. The segments constitute the working elements of a saw are produced by means of the technology of powder metallurgy. The process of producing metallic-diamond sinters consists in mixing the powder constituting the metallic matrix with the diamond powder, synthetic or natural, pressing fittings, and then sintering or hot pressing them. As a result of those operations one receives sinters commonly known as metallic- diamond segments. The segments are soldered to steel disks (Fig. 1) and they constitute cutting elements of circular saws used for cutting materials The effective use of diamond impregnated tools is strongly depended on the retentive properties of the metal matrix, which must hold diamond grits firmly (Fig. 2, 3). The diamond retentive capability in a matrix is a complex property, affected mainly by chemical or mechanical interactions during hot pressing and then cooled to room temperature. Due to mismatch between thermal expansion coefficients of the matrix and diamond, the stress/strain field is generated in the matrix at diamond surroundings, which plays a major role when retentive properties are considered. It is postulated that the potential retentive capability of a matrix can be associated with the amount of elastic and plastic deformation energy and the size of a deformated zone which occurs in the matrix around diamond particles. The stress and the strain field generated in the diamond particle and in a matrix have been obtained using the Abaqus software. It was attempted to find any relationship between energy of elastic and plastic deformation of the matrix and its retentive capabilities.