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Erschienen in: Production Engineering 3-4/2018

17.01.2018 | Tooling

In situ analysis of PCBN cutting tool materials during thermo-mechanical loading using synchrotron radiation

verfasst von: F. Proes, C. Eichenseer, W. Hintze, N. Schell, W. Leahy, R. M’Saoubi, S. Sattel

Erschienen in: Production Engineering | Ausgabe 3-4/2018

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Abstract

Polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) has outstanding properties in terms of hardness and chemical stability at elevated temperatures. Therefore, PCBN is used in cutting tool materials for hard machining applications e.g. hard turning of hardened steels. Due to the hardness of the workpiece, high forces act on a low contact area between tool and workpiece. Hence, severe thermo-mechanical loadings occur in such applications causing enhanced tool wear. Fundamental knowledge about the material behavior of PCBN-cutting-materials under thermo-mechanical loading is valuable as a basis for a better understanding of tool wear and finally for improvement of tool wear behavior. PCBN-materials are polycrystalline multi-phase compounds with strongly deviating material properties. In order to investigate the phase selective thermo-mechanical behavior of such materials lattice strain measurements are conducted under thermo-mechanical load using in situ X-ray diffraction with high energy synchrotron radiation. A four point bending test set-up and ceramic thermal heaters are used for the application of thermo-mechanical loading. Three different materials are investigated: a solid low PCBN-content material, a low PCBN-content material on a cemented carbide (CC) substrate and a high PCBN-content material on a CC-substrate. The low PCBN-content material exhibits a single phase binder material whereas the high PCBN-content material exhibits a multi-phase binder with up to five phases. Residual stresses are found in the samples with CC-substrate, only. Different phases of one material show different strains but nearly same stresses upon loading. Thus, thermo-mechanical loading can be seen as superposition of the respective mechanical and thermal loads. The space-resolved experimental data is used to validate an analytical model for the calculation of macroscopic stresses. The phase selective space-resolved strain and stress analysis presented in this paper provides a valuable method for the investigation and optimization of hard cutting tool materials and coatings under real cutting conditions.

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1.
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2.
Zurück zum Zitat Eichenseer C, Wittmann I, Hartig C, Schneider GA, Schell N, Hintze W (2013) In situ measurement of lattice strains in mixed ceramic cutting tools under thermal and mechanical loads using synchrotron radiation. Prod Eng Res Devel 7:283–289CrossRef Eichenseer C, Wittmann I, Hartig C, Schneider GA, Schell N, Hintze W (2013) In situ measurement of lattice strains in mixed ceramic cutting tools under thermal and mechanical loads using synchrotron radiation. Prod Eng Res Devel 7:283–289CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Eichenseer C, Hartig C, Schell N, Hintze W (2014) In situ determination of internal stresses in mixed ceramic cutting tools during friction testing using synchrotron radiation. Prod Eng Res Devel 8:513–519CrossRef Eichenseer C, Hartig C, Schell N, Hintze W (2014) In situ determination of internal stresses in mixed ceramic cutting tools during friction testing using synchrotron radiation. Prod Eng Res Devel 8:513–519CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Cheng W, Finnie I (2007) Residual stress measurement and slitting method. Springer, New York Cheng W, Finnie I (2007) Residual stress measurement and slitting method. Springer, New York
5.
Zurück zum Zitat Lugner P (2014) Modern X-ray analysis on single crystals. De Gruyter, BerlinCrossRef Lugner P (2014) Modern X-ray analysis on single crystals. De Gruyter, BerlinCrossRef
6.
7.
Zurück zum Zitat Manns T (2010) Analyse oberflächennaher Eigenspannungszustände mittels komplementärer Beugungsverfahren. Dissertation, Universität Kassel Manns T (2010) Analyse oberflächennaher Eigenspannungszustände mittels komplementärer Beugungsverfahren. Dissertation, Universität Kassel
9.
Zurück zum Zitat Schell N, Martins RV, Beckmann F, Ruhnau H-U, Kiehn R, Schreyer A (2008) The high energy material science beamline at PETRA III. Mat Sci Forum 571–572:261–266CrossRef Schell N, Martins RV, Beckmann F, Ruhnau H-U, Kiehn R, Schreyer A (2008) The high energy material science beamline at PETRA III. Mat Sci Forum 571–572:261–266CrossRef
10.
11.
Zurück zum Zitat Wojdyr M (2010) Fityk: a general-purpose peak fitting program. J Appl Cryst 43:1126–1128CrossRef Wojdyr M (2010) Fityk: a general-purpose peak fitting program. J Appl Cryst 43:1126–1128CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Sadd MH (2009) Elasticity. Bibliogr. Elsevier, Burlington Sadd MH (2009) Elasticity. Bibliogr. Elsevier, Burlington
13.
Zurück zum Zitat Schedler W (1988) Hartmetall für den Praktiker. VDI-Verlag, Düsseldorf Schedler W (1988) Hartmetall für den Praktiker. VDI-Verlag, Düsseldorf
15.
Zurück zum Zitat Chuang TJ, Lee S (2000) Elastic flexure of bilayered beams subject to strain differentials. J Mater Res 12:2780–2788CrossRef Chuang TJ, Lee S (2000) Elastic flexure of bilayered beams subject to strain differentials. J Mater Res 12:2780–2788CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Riedel R (2000) Handbook of ceramic hard materials. Wiley-VCH, WeinheimCrossRef Riedel R (2000) Handbook of ceramic hard materials. Wiley-VCH, WeinheimCrossRef
17.
Zurück zum Zitat Macherauch E (1983) Eigenspannungen: entstehung-bewertung-messung. Deutsche Gesellschaft für Metallkunde, Oberursel Macherauch E (1983) Eigenspannungen: entstehung-bewertung-messung. Deutsche Gesellschaft für Metallkunde, Oberursel
18.
Zurück zum Zitat Tönshoff HK (2013) Basics of cutting and abrasive processes. Springer, BerlinCrossRef Tönshoff HK (2013) Basics of cutting and abrasive processes. Springer, BerlinCrossRef
19.
Zurück zum Zitat Sell K (2005) Neue Schichtkonzepte zur Abscheidung von kubischem Bornitrid. Dissertation, Universität Karlsruhe Sell K (2005) Neue Schichtkonzepte zur Abscheidung von kubischem Bornitrid. Dissertation, Universität Karlsruhe
20.
Zurück zum Zitat Pierson HO (1996) Handbook of refractory carbides and nitrides. Noyes Publ, Westwood Pierson HO (1996) Handbook of refractory carbides and nitrides. Noyes Publ, Westwood
21.
Zurück zum Zitat Michalowsky L (1994) Neue keramische Werkstoffe. Dt. Verl. für Grundstoffindustrie, LeipzigCrossRef Michalowsky L (1994) Neue keramische Werkstoffe. Dt. Verl. für Grundstoffindustrie, LeipzigCrossRef
22.
Zurück zum Zitat Munz D, Fett T (2001) Ceramics. Springer, Berlin Munz D, Fett T (2001) Ceramics. Springer, Berlin
23.
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Metadaten
Titel
In situ analysis of PCBN cutting tool materials during thermo-mechanical loading using synchrotron radiation
verfasst von
F. Proes
C. Eichenseer
W. Hintze
N. Schell
W. Leahy
R. M’Saoubi
S. Sattel
Publikationsdatum
17.01.2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Production Engineering / Ausgabe 3-4/2018
Print ISSN: 0944-6524
Elektronische ISSN: 1863-7353
DOI
https://doi.org/10.1007/s11740-018-0791-6

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