The effect of the properties of the metal matrix on the retention of a diamond particle

Efecto de las propiedades de la matriz metálica en la retención de una partícula de diamante

Este artículo trata de la modelización de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados como matriz en herramientas de diamante. Se fabricaron segmentos de hojas de sierra combinando diversos polvos metálicos con cristales de diamante y prensándolos después en caliente. Tras su consolidación, las probetas se ensayaron para analizar su densidad, dureza y resistencia a la tracción. Los campos de tensión/deformación alrededor de una partícula de diamante incrustada en la matriz metálica se determinaron mediante simulación por ordenador. El uso eficaz de las herramientas de diamante depende en gran medida de las propiedades mecánicas de la matriz, que debe retener firmemente los granos de diamante. La capacidad de retención resulta de las interacciones entre los cristales de diamante y la matriz durante el proceso de fabricación del segmento. Los campos de tensión y deformación generados en la matriz se calcularon utilizando el software Abaqus.

INTRODUCCIÓN

En la industria de las herramientas diamantadas, los segmentos diamantados de las sierras circulares para cortar piedra natural y otros materiales de construcción se fabrican habitualmente mediante el proceso pulvimetalúrgico. La figura 1 muestra un disco de diamante de liga metálica sinterizada con segmentos soldados a un núcleo de acero.

El proceso de producción de segmentos de diamante consiste en mezclar un polvo de matriz metálica con cristales de diamante sintético o natural, dar forma/prensar en frío los segmentos y, por último, sinterizarlos o prensarlos en caliente hasta alcanzar la densidad total.

A continuación, los segmentos de diamante (compuesto de matriz metálica que contiene partículas de diamante) se sueldan al núcleo circular de acero (Figura 1) y, como tales, constituyen los dientes de la hoja de sierra utilizada para cortar piedra y materiales cerámicos [1-4].

Debido a sus excelentes propiedades de retención, el cobalto se utiliza a menudo como matriz en herramientas impregnadas de diamante diseñadas para cortar piedra natural y otros materiales de construcción. Su precio, sin embargo, es muy elevado e inestable.

Desde 1900 se recogen datos estadísticos sobre el precio y la producción de cobalto [5]. Hay dos periodos principales en la producción de cobalto: 1900-1944 y 1945-actualidad. Al principio, la producción de cobalto y, en consecuencia, su consumo no eran elevados. Después de la Segunda Guerra Mundial, esto cambió significativamente. Desde entonces, su producción no ha dejado de aumentar (véase la figura 2).

Hasta 1978, el precio del cobalto se mantuvo relativamente estable. Por término medio, se situaba en torno a los 4 US$ por kg (Figura 3). Después, el precio aumentó rápidamente y se produjeron fluctuaciones considerables debido a la inestabilidad política de los países donde se extraía cobalto.