Zašto se mangan dodaje dijamantskim alatima?

Zašto se mangan dodaje dijamantskim alatima

U dijamantskim alatima, funkcija metalnog veziva (matrice) je da zadrži čestice dijamanata i troše se odgovarajućom brzinom tokom upotrebe, osiguravajući kontinuirano izlaganje svježih dijamantskih reznih rubova. Iako se mangan obično koristi u malim količinama kao legirajući element, on igra ključnu ulogu u vezivnim sistemima na bazi bakra, gvožđa, volframa i volframovog karbida. Primarni cilj dodavanja mangana je poboljšanje karakteristika sinterovanja, međufaznog spajanja i mehaničkih svojstava bez oštećenja dijamanata ili ugrožavanja drugih metričkih performansi matrice.

(element mangana)

 

 

I. Značajno snižavanje temperature sinterovanja faza veziva na bazi bakra{1}}

Manganima tačku topljenja od 1246 stepeni i poseduje visoku tvrdoću i čvrstoću, uporedivu sa gvožđem. Pokazuje dobru međusobnu rastvorljivost sa bakrom; posebno, legura Cu-Mn sa sadržajem mangana od 33,7% ima tačku topljenja od samo 871 stepen. Ova karakteristika omogućava manganu da značajno snizi temperaturu sinterovanja vezivnih faza na bazi bakra{6}}.

Za dijamantske alate, snižavanje temperature sinterovanja nudi nekoliko prednosti:

1. Smanjenje rizika od grafitizacije dijamanta, oksidacije ili termičkog oštećenja na visokim temperaturama;
2. Smanjenje potrošnje energije i poboljšanje troškovne{0}}efikasnosti procesa;
3. Olakšavanje formiranja gušće i uniformnije matrične mikrostrukture.

Stoga, dodavanje odgovarajuće količine mangana vezivom na bazi bakra- omogućava efikasno sinterovanje na nižim temperaturama, balansirajući zaštitu dijamanta sa zgušnjavanjem matrice.

 

II. Poboljšanje vlaženja veziva na bazi bakra- na skeletnim materijalima i dijamantima

Mangan poboljšava vlaženje veziva na bazi bakra{0}}u vezi sa materijalima kostura i dijamantima. Poboljšana kvašenje omogućava tečnoj vezivnoj fazi da se efikasnije širi po površinama čestica skeleta i dijamanata tokom sinterovanja, što rezultira čvršćom međufaznom vezom nakon hlađenja. Ovo direktno jača zadržavanje dijamanata od strane matrice, smanjujući prerani gubitak dijamanata tokom upotrebe i na taj način produžavajući vijek trajanja alata i poboljšavajući stabilnost rezanja.

 

III. Dobra kompatibilnost sa gvožđem, pogodna za veziva na bazi željeza{1}}

Mangan takođe pokazuje odličnu kompatibilnost sa gvožđem. Dodavanje mangana vezivnim matricama na bazi gvožđa{1}} nudi sljedeće prednosti:

1. Mangan formira supstitucionu čvrstu otopinu sa gvožđem, što dovodi do jačanja čvrstog- rastvora koji povećava snagu i tvrdoću matrice;
2. Umjereno poboljšava plastičnost matrice na bazi željeza{0}}i istovremeno smanjuje lomljivost;
3. Mangan djeluje tako da veže kiseonik, čime se ublažavaju problemi oksidacije tokom procesa sinterovanja veze na bazi željeza{0}}.

Shodno tome, u sistemima na bazi gvožđa{0}}mangan služi ne samo kao jačajući element, već i kao pomoćno sredstvo za deoksidaciju i učvršćivanje.

 

IV. Deoksidirajući efekat, posebno sa značajnim sinergističkim rezultatima uz aluminijum i silicijum

Mangan posjeduje inherentna deoksidirajuća svojstva. Njegova sposobnost deoksidacije je dramatično poboljšana kada je prisutna uz aluminijum (Al) i silicijum (Si). Tokom sinterovanja dijamantskih alata, prisustvo kiseonika može dovesti do stvaranja oksidnih inkluzija i poroznosti unutar matrice, kao i do slabljenja međufaze. Deoksidacijsko djelovanje mangana pomaže u prečišćavanju matrice, poboljšanju kvalitete sinteriranja i poboljšanju gustoće matrice i mehaničkih svojstava.

 

 

V. Poboljšanje žilavosti i otpornosti na habanje kako bi se izdržala udarna opterećenja

Legure sa visokim{0}}manganom obično pokazuju superiornu žilavost i otpornost na habanje. Stoga su dijamantski alati s visokim sadržajem mangana sposobni izdržati udarna opterećenja tokom rada. Ova otpornost na udar je posebno ključna za alate koji se koriste u aplikacijama koje uključuju prekinuto sečenje, teško-brušenje ili bušenje, jer pomaže minimiziranju pucanja matrice i preranog gubitka dijamanata.

 

VI. Ograničenja mangana i razmatranja za upotrebu

Unatoč gore navedenim prednostima, upotreba mangana u dijamantskim alatima zahtijeva strogu kontrolu zbog određenih značajnih ograničenja:

1. Mangan u prahu lako oksidira i teško ga je reducirati nakon oksidacije. Ovo otežava skladištenje praha, miješanje i sinteriranje, te povećava rizik od unošenja oksidnih nečistoća.
2. Na visokim temperaturama, mangan podstiče grafitizaciju dijamanta. To oštećuje dijamant, čime se smanjuje učinak rezanja i vijek trajanja alata.
3. Mangan ima tendenciju da smanji toplinsku i električnu provodljivost matrice veze. Ovo može biti štetno za alate koji zahtijevaju efikasno odvođenje topline ili električnu provodljivost.

Iz ovih razloga, mangan se obično koristi s oprezom u praktičnom dizajnu formulacije:

• Uglavnom se dodaje formulacijama na bazi W-ili WC-za snižavanje temperature sinterovanja faze vezivanja na bazi bakra- i poboljšanja vezivanja sa skeletnom fazom;
• Doziranje obično ne prelazi 5% kako bi se izbjeglo značajno ugrožavanje svojstava dijamanta i matrice;
• Također se ponekad dodaje vezivnim tvarima na bazi željeza{0}} kako bi se uklonio kisik, umjereno poboljšala duktilnost i ojačao matriks kroz formiranje supstitucijskih čvrstih otopina.

(Huicetools isporučuje visokokvalitetne cipele za brušenje dijamanata za podove sa Redi-držačem brave)

 

 

Zaključak
Dodavanje mangana dijamantskim alatima prvenstveno koristi njegovu sposobnost da snizi temperaturu sinterovanja vezivnih faza na bazi bakra-, poboljša vlaženje sa skeletnim materijalima i dijamantom, usisava kiseonik i obezbjeđuje čvrsto-jačanje rastvora. Dodatno, mangan povećava žilavost matrice i otpornost na habanje, omogućavajući alatu da bolje izdrži udarna opterećenja.

 

Međutim, budući da mangan lako oksidira, može potaknuti grafitizaciju dijamanata na visokim temperaturama i smanjuje toplinsku i električnu provodljivost matrice, njegova upotreba je strogo ograničena-obično na najviše 5%-i uglavnom je ograničena na specifične sisteme kao što su formulacije na bazi W- ili WC{{4}. Razumna upotreba mangana omogućava optimalnu ravnotežu između zaštite dijamanta, poboljšanja kvaliteta sinterovanja i poboljšanja ukupnih performansi alata.