Metallic-diamond tools with increased abrasive wear resistance for grinding industrial floor systems

ABSTRACT: This paper presents results of research on the physical, mechanical, and tribological properties of materials constituting the matrix in sintered metallic-diamond tools. The ground powders based on the Fe-Mn-Cu-Sn-C system were modified with particles of the ceramic phase: SiC, Al₂O₃ and consolidated using the SPS (spark plasma sintering) method to a relative density of over 98% at 850÷950°C, at a pressure of 35 MPa and time 10 min. In order to assess the performance of the test materials, the metallic-diamond segments were made. The segments were tested for resistance to abrasive wear in the process of grinding concrete surfaces. It has been shown that it is possible to obtain materials with enhanced mechanical and tribological properties for sintered metallic-diamond tools intended for grinding industrial floor systems.

KEYWORDS: matrix, diamond, metallic-diamond tools, SPS, abrasive wear resistance

STRESZCZENIE: Przedstawiono wyniki badań właściwości fizycznych, mechanicznych i tribologicznych materiałów stanowiących osnowę w spiekanych narzędziach metaliczno-diamentowych. Mielone proszki na bazie mieszanki Fe-Mn-Cu-Sn-C modyfikowano cząstkami fazy ceramicznej: SiC, Al₂O₃ i konsolidowano metodą SPS (spark plasma sintering) do gęstości względnej powyżej 98% w temperaturze 850÷950°C, pod ciśnieniem 35 MPa i w czasie 10 min. W celu oceny właściwości użytkowych badanych materiałów wykonano segmenty metaliczno-diamentowe, które poddano badaniom odporności na zużycie ścierne w procesie szlifowania powierzchni betonowych. Wykazano, że możliwe jest otrzymanie materiałów o podwyższonych właściwościach mechanicznych i tribologicznych nadających się na spiekane narzędzia metaliczno-diamentowe przeznaczone do szlifowania przemysłowych systemów podłogowych.

SŁOWA KLUCZOWE: osnowa, diament, narzędzia metaliczno-diamentowe, spiekanie SPS, odporność na zużycie ścierne

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Clark I.E., Kamphuis B.J. “Cobalite HDR – a new prealloyed matrix powder for diamond construction tools”. Ind. Diam. Rev. 62 (2002): 177–182.

[2] Bonneau M., Moltenni M. “Wire manufacturing and free sintering with Next”. Ind. Diam. Rev. 4 (2002): 263–265.

[3] “Keen – a new concept in prealloyed powders”. Ind. Diam. Rev. 3 (2005): 45–47.

[4] Romański A. „Rozwój materiałów osnowy w narzędziowych spiekach metaliczno-diamentowych”. Kraków: Akademia Górniczo-Hutnicza, 2015.

[5] Bonneau M., Moltenni M. “Wire Manufacturing and Free Sintering with NEXT”. Ind. Diam. Rev. 4 (2002): 263–265.

[6] de Oliveira H.C.P., Cabral S.C., Guimarães R.S., Filgueira M. “Mechanical properties of the hot pressed Cu-25%wtFe-25%wtCo alloy”. Diam. Appl. Tecnol. 64 (2011): 20–25.

[7] Kamphuis A., Serneels B. “Sawing and drilling of natural stone and concrete with Cobalite HDR”. Proceedings of Euro PM2006 Congress & Exhibition. Ghent (Belgium) 2006.

[8] Molteni M. “Free sintering pre-alloyed powders: high performance binders as driver of competitiveness”. Diam. Appl. Tecnol. 74 (2013): 41–48.

[9] Clark B.J., Kamphuis I.E. “Cobalite HDR – a new prealloyed matrix powder for diamond construction tools”. Ind. Diam. Rev. 62, 594 (2002): 177–182.

[10] Romański A., Frydrych H., Konstanty J. „Spieki narzędziowe metaliczno-diamentowe: własności użytkowe a własności materiału osnowy”. Rudy i Met. Nieżelazne. 47, 10–11 (2002): 564–569, bwmeta1.element.baztech-article-BOS5-0012-0096.

[11] Konstanty J. „Diamond bonding and matrix wear mechanism involved in circular sawing of stone”. Ind. Diam. Rev. 60, 1 (2000): 55–65.

[12] Żak-Szwed M. “Kształtowanie mikrostruktury i właściwości spieków żelazo-miedź przeznaczonych na osnowę materiałów metaliczno-diamentowych”. Kraków: AGH, 2009.

[13] Żak-Szwed M., Konstanty J., Radziszewska A. „Własności spieków {Fe-Cu} i {Fe-Cu-Sn} spełniających rolę osnowy w narzędziach metaliczno-diamentowych”. Hut. Wiadomości Hut. 75, 4 (2008): 186–192, bwmeta1.element.baztech-article-BPLA-0013-0029.

[14] Żak-Szwed M., Konstanty J., Zielińska-Lipiec A. “Iron-base PM matrix alloys for diamond-impregnated tools”. Int. J. Powder Metall. 45, 3 (2009): 36.

[15] Żak-Szwed M., Konstanty J. „Wpływ warunków wytwarzania na własności spieków {Fe-50 %Co}”. Inżynieria Mater. 29, 1 (2008): 21–26, bwmeta1.element.baztech-article-BPL8-0006-0003.

[16] Żak-Szwed M., Konstanty J., Ratuszek W. “Properties of {Fe-Cu} matrices for diamond impregnated tools”. Ind. Diam. Rev. 2 (2008): 29–34.

[17] Spriano S., Chen Q., Settineri L., Bugliosi S. “Low content and free cobalt matrixes for diamond tools”. Wear. 259, 7–12 (2005): 1190–1196, https://doi.org/10.1016/ j.wear.2005.02.076.

[18] Hamar-Thibault S., Allibert C.H. “New phases in the ternary Cu-Ti-Sn system”. J. Alloys Compd. 317–318 (2001): 363– 366, https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)01439-0.

[19] Ching-Shan Lin, Yue-Lin Yang, Shun-Tian Lin. “Performances of metal-bond diamond tools in grinding alumina”. J. Mater. Process. Technol. 201, 1–3 (2008): 612–617, https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.11.141.

[20] de Oliveira L.J., Bobrovnitchii G.S., Filgueira M. “Processing and characterization of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix”. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 25, 4 (2007): 328–335, https://doi.org/10.1016/ j.ijrmhm.2006.08.006.

[21] Bączek E., Konstanty J., Romański A., Podsiadło M., Cyboroń J. “Processing and Characterization of Fe-Mn-Cu-Sn-C Alloys Prepared by Ball Milling and Spark Plasma Sintering”. Journal of Materials Engineering and Performance. 29 (2018): 1–9, https://doi.org/10.1007/s11665-018- 3181-5.

[22] Konstanty J., Bączek E., Romański A., Tyrała D. “Wear-resistant iron-based Mn-Cu-Sn matrix for sintered diamond tools”. Powder Metallurgy. (2017): 1–7, https://doi.org/ 10.1080/00325899.2017.1379737.

[23] Micro Wear Test – Instruction Manual. Denmark: Struers Tech., 1989.

[24] Konstanty J. Testing resistance to abrasive wear of iron-base materials used as metallic matrices in diamond impregnated tool components. Final Report, February 2007. Praca niepublikowana, wykonana na zlecenie EHWA Diamond Ind. Co Ltd. Osan (Korea Południowa), 2007.

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2021.3.6

 

* Artykuł recenzowany