Matrici metalliche innovative per utensili da taglio diamantati ed in metallo duro

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1 Matrici metalliche innovative per utensili da taglio diamantati ed in metallo duro Pietro Appendino, Silvia Spriano, Politecnico di Torino Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria Chimica Corso Duca degli Abruzzi, Torino, Italy CONTATTI:

2 Utensili da taglio Attualmente realizzati utilizzando materiali compositi a matrice di Co e sue leghe, WC e/o diamante; Ottenuti per sinterizzazione di polveri fini ad alta temperatura ( C); Impiegati per il taglio dei materiali lapidei e per la rettifica di componenti metallici.

3 Matrici a base di Co VANTAGGi: Ottima resistenza all usura e buona duttilità; Buona ritenzione del diamante; Adeguata reattività verso i carburi (WC, TaC, NbC). SVANTAGGI: Polveri tossiche; Miscela WC-Co potenzialmente cancerogena; Costo delle polveri fluttuante; Legami chimici matrice-diamante deboli; Uso di stampi con elementi in grafite in pressatura a caldo (costi); Possibile grafitizzazione dei diamanti. diamantati

4 Obiettivo della ricerca Individuazione di materiali alternativi al Co a basso rischio rispetto a quelli attualmente in commercio. ATTIVITA SVOLTA Preparazione di compositi a matrice metallica a base Ti, contenenti Cu e/o Al come elementi alliganti; Sinterizzazione libera; Caratterizzazione fisica, strutturale, metallografica, meccanica; Misure di rilascio di radicali liberi mediante EPR, valutazione del danno cellulare (Università di Torino Prof.ssa. Bice Fubini- Prof. Dario Ghigo).

5 UTENSILI DIAMANTATI Scelta della matrice Ti Reattività con il carbonio (legame forte matricediamante); Basso modulo elastico; Coefficiente di dilatazione termica ridotto possibilità di sinterizzazione libera senza pressione; Atossico. Cu Formazione di intermetallico Ti 2 Cu, duro e resistente all erosione ed all usura; Presenza di una soluzione solida; Riduzione della T sint. (<1000 C).

6 Struttura della matrice Analisi superficiale di frattura formazione di soluzione solida e Ti 2 Cu Zone di clivaggio e dimples esistenza di una certa deformazione plastica

7 Caratterizzazione strutturale Cristalli inglobati nella matrice senza cricche all interfaccia; Assenza di grafitizzazione; Elevata protrusione. Diamante: analisi composizionale

8 Matrice Elevata densità: 97-98%; Resistenza a flessione (890 MPa) e durezza (315 HV) sono comparabili con i valori del Co; Resilienza (3-4 J/cm 2) più bassa rispetto al Co; Modulo elastico basso (97 GPa) consente di minimizzare il pull-out diamanti; Formazione di soluzione solida e Ti 2 Cu.

9 Composito Densità: 95%; Resistenza allo schiacciamento: 400 MPa; Buon legame tra matrice e diamante; Buona ritenzione senza reazione chimica di superficie: assenza di carburi sui diamanti sulla superficie di frattura del composito; Non si ha la grafitizzazione del diamante.

10 Utensili in metallo duro Tentativi di sinterizzazione con matrici Ti-Cu-Al Densità 96%; Problemi di eccessiva reattività fra Ti e WC. Studio al microscopio riscaldante

11 Micrografia SEM

12 Analisi diffrattometrica Presenza di: WC, soluzione solida metallica (W,Ti) e carburo misto (W,Ti)C.

13 Compositi diamantati: Sviluppi futuri e possibili collaborazioni Produzione e sinterizzazione di polveri Ti-Cu pre-alligate; Prove di taglio di materiali lapidei; Pressa e stampo per poter produrre campioni di diversa geometria (ad esempio barrette) ad elevata pressione (1.6 GPa). Compositi WC Sinterizzazioni in vuoto di diffusione a C.

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