Strona główna» Projekty» Projekty krajowe» Identyfikacja mechanizmów zużycia osnowy wraz z oceną jej zdolności do...

Identyfikacja mechanizmów zużycia osnowy wraz z oceną jej zdolności do retencji kryształów diamentu kompozytów metaliczno - diamentowych w warunkach laboratoryjnych testów eksploatacyjnych

narodowe centrum.jpg

W ramach projektu PRELUDIUM w latach 2016-2017 realizowany był projekt pt. „Identyfikacja mechanizmów zużycia osnowy wraz z oceną jej zdolności do retencji kryształów diamentu kompozytów metaliczno - diamentowych w warunkach laboratoryjnych testów eksploatacyjnych”.
“Identification of the mechanism of wear of the matrix of metallic - diamond composites together with an assessment of its ability to retain diamond crystals in laboratory operationg conditions”.

finansowany przez Narodowe Centrum Nauki w ramach umowy: UMO- 2015/19/N/ST8/01050.

Okres realizacji projektu: 07. VI 2016-06.VI 2017
Kwota finansowania: 49 983 PLN
Kierownik projektu: mgr inż. Elżbieta Bączek
Opiekun naukowy projektu: prof. dr hab. inż. Janusz Konstanty
Jednostka realizująca: Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, ul. Wrocławska 37A, 30-011 Kraków


Celem naukowym projektu było poszerzenie obecnej wiedzy na temat zjawisk decydujących o własnościach retencyjnych materiału osnowy (zdolności do utrzymywania cząstek diamentu przez materiał osnowy) poddanej cyklicznym obciążeniom udarowym. W wyniku przeprowadzonych badań opracowano nowy, tańszy materiał osnowy z układu Fe-Mn-Cu-Sn-C, który charakteryzuje się wysoką twardością, udarnością i odpornością na pękanie zmęczeniowe. Nowo opracowany materiał nie odkształca się plastycznie w warunkach obciążeń, co zapobiega powiększaniu się „gniazd”, w których osadzane są cząstki, a tym samym zapewnia wysoką zdolność utrzymywania cząstek diamentu. Nowatorską koncepcją badań było zastosowanie manganu jako dodatku na materiał osnowy. Mangan jest praktycznie niewykorzystywany w stalach otrzymywanych metodą metalurgii proszków ze względu na skłonność do tworzenia stabilnych tlenków, które nie ulegają redukcji podczas spiekania w konwencjonalnych warunkach. Przeprowadzono także ocenę mechanizmów zużycia materiału osnowy i segmentów metaliczno – diamentowych w warunkach odzwierciedlających ich rzeczywiste funkcjonowanie. W tym celu wykorzystano opracowaną przez firmę Struers metodę Micro Wear Test (MWT). Wykonane badania odporności na zużycie ścierne w obecności 2 i 3 ciał oraz badania odporności na zużycie ścierne segmentów metaliczno – diamentowych w procesie szlifowania piaskowca wykazały, że wszystkie otrzymane spieki charakteryzują się wyższą odpornością na zużycie ścierne od kobaltu z 20% zawartością węglika wolframu, który jest powszechnie wykorzystywany do produkcji segmentów metaliczno – diamentowych.
Zdolność osnowy do retencji kryształów diamentu w trakcie eksploatacji segmentów metaliczno-diamentowych określono metodą mikroskopową.,  Ocena polegała na określeniu liczby cząstek diamentu do sumarycznej liczby cząstek diamentu i pustych miejsc po nich pozostałych na roboczej powierzchni segmentu. Określono również mechanizmy kontrolujące przebieg umocnienia odkształceniowego warstwy wierzchniej materiału osnowy w warunkach obróbki ściernej na drodze wyznaczenia postępu przemian fazowych i strukturalnych. 
Dodatkowym efektem badań była analiza wpływu różnych technik spiekania nowo opracowanych materiałów na ich wybrane właściwości fizyczne, mechaniczne i tribologiczne. Mielony proszek o składzie Fe-Mn-Cu-Sn-C poddano konsolidacji metodą: prasowania na gorąco oraz SPS (Spark Plasma Sintering). W wyniku analizy stwierdzono, że wykorzystanie obu technik spiekania pozwala uzyskać materiał o gęstości zbliżonej do gęstości teoretycznej oraz wysokiej twardości. Badania właściwości mechanicznych oraz odporności na zużycie ścierne wskazały na mniejszą wytrzymałość
i odporność spieków otrzymanych metodą SPS. 
Badania realizowane w ramach projektu miały charakter czysto poznawczy. Ich celem było rozszerzenie istniejącego stanu wiedzy w zakresie projektowania materiałów o zwiększonych własnościach wytrzymałościowych i tribologicznych, jak również dostarczenie nowej wiedzy na temat mechanizmów kontrolujących przebieg umocnienia materiału osnowy w warstwie wierzchniej w wyniku odkształcenia plastycznego występującego podczas ścierania.
Poszerzenie obecnej wiedzy na temat zjawisk decydujących o własnościach retencyjnych materiału osnowy poddanej cyklicznym obicążęniom udarowym oraz  ustalenie zależności występujących pomiędzy własnościami i strukturą materiału osnowy a własnościami użytkowymi narzędzi znacząco ułatwia złożony proces projektowania tych materiałów, umożliwiając świadomy dobór składników i ich proporcji w zależności od stawianych tym materiałom wymagań. Zaprojektowanie materiału osnowy na bazie żelaza redukowanego bez udziału materiałów dotychczas stosowanych (kobalt, nikiel), o zwiększonych własnościach wytrzymałościowych i tribologicznych ma bardzo ważne znaczenie ekonomiczne
i społeczne. Pozwala obniżyć koszty wytwarzania samych narzędzi oraz zmniejszyć ryzyko zachorowań na raka pracowników bezpośrednio zatrudnionych przy produkcji profesjonalnych narzędzi mataliczno-diamentowych.