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超硬磨料的沖擊韌性和熱沖擊韌性

關鍵詞 超硬磨料|2022-09-28 09:55:17|來源 中國磨料磨具網
摘要 超硬磨料沖擊韌性(toughnessindex簡稱TI)及熱沖擊韌性(thermaltoughnessindex簡稱TTI)是國際上最流行的衡量超硬磨料產品質量的指標。超硬磨料及制...

       超硬磨料沖擊韌性(toughness index簡稱TI)及熱沖擊韌性(thermal toughness index簡稱TTI)是國際上最流行的衡量超硬磨料產品質量的指標。超硬磨料及制品在實際使用過程中同時受到沖擊和磨損兩種作用,而超硬制品在生產使用過程中的磨粒又受到高溫作用,因此用于檢測時也應模擬磨粒在實際生產和使用過程中所受沖擊、磨損及高溫這幾種作用形式,才能更客觀地反映超硬磨料的品質。

       一、定義

       沖擊韌性(TI):

       在室溫下, 利用沖擊韌性檢測設備, 將一定量超硬磨粒用特定尺寸鋼球在特定的沖擊罐中, 在規定的時間內, 沖擊規定次數后, 求得的未破碎磨粒的百分率即為TI。

       測定超硬磨料的沖擊韌性(沖擊強度),比測定其單顆粒靜壓強度,更能客觀地反映其實際使用效果和質量情況。同時,測定沖擊韌性還具有樣品代表性好、測定結果誤差小等優點。

       如果考慮到超硬制品在使用過程中的高溫條件,則熱沖擊韌性是衡量超硬磨料耐熱性的指標。

       熱沖擊韌性(TTI):

       即是一定量的超硬磨粒在保護氣氛中, 經過1100℃高溫加熱規定時間后, 重復TI的操作, 即為TTI值。

       其數值大小表示磨料熱穩定性的高低。熱沖擊韌性測量的原理比沖擊韌性增加了加熱的環節,將超硬磨料放在充有惰性氣體(如氬氣)的專用設備中進行加熱,然后測定其沖擊韌性。

       沖擊韌性和熱沖擊韌性測試技術目前在超硬材料領域使用非常普遍,技術也比較成熟,我國超硬磨料檢測技術90年代以前,一直沿用單顆??箟簭姸葴y試方法,其優點是測試方法簡單,但該方法測試誤差大,重復性差,其測試機理也難以反映磨料在動態情況下的受力狀況。

       后來,我國根據實際檢測需求研發了沖擊韌性測試儀和超硬磨料熱沖擊韌性測定專用TTI加熱爐,并制定了相應的檢測方法和標準,對超硬磨料生產進行質量控制。由于國內外沖擊儀以及TTI 加熱爐的形式多種多樣,性能各異,本文只做簡單科普介紹,以便大家了解和借鑒。

       二、測試方法

       沖擊韌性測試技術按其測試結果的表征方法國內外有所不同,主要有兩種:

       1、取一定量的超硬磨料基本粒,連同一定規格質量的鋼球一起裝入試樣管,在沖擊儀上按規定的頻率,沖擊一定的次數(或時間),然后再篩分,求出未破碎率(沖擊后篩上物的質量與原始質量之比)用百分比表示,作為其沖擊韌性值。

       2、取一定量的超硬磨料基本粒連同一定規格質量的鋼球一起裝入試樣管,在沖擊儀上以一定的頻率,沖擊一定的次數(或時間)后,再篩分求出未破碎,然后通過驗和換算,最后以未破碎率為50 %時的沖擊次數(或時間) 來表征樣品的沖擊韌性。

       第一種測試方法操作簡便易行,被國內外各大公司廣泛使用,但它要求隨著磨料品級改變調整沖擊儀的沖擊次數(或時間),以保證實驗的精確性(例如未破碎率比例40%至60%之間靈敏度最高)。

       第二種測試方法操作比較復雜,但可以兼顧各種不同品級的超硬磨料在相同條件下予以比較,缺點是為了得到一個測試結果,至少要進行兩次實驗。此方法在FEPA 標準、前蘇聯標準及我國標準中予以應用。

       熱沖擊韌性測試方法各個國家或公司各不相同,主要表現在升溫速度、保溫時間、保護氣體和加熱溫度等方面,檢測金剛石磨料使用加熱溫度最多的是900 ℃和1100 ℃,檢測CBN 磨料使用加熱溫度最多的是1000℃和1100℃。也有用950℃、1150℃、1200℃的,保護氣體主要使用的有氬氣、氫氣和氮氣。

       比如測試金剛石顆粒的熱沖擊韌性,取一定質量的金剛石顆粒和鋼球一起裝入試樣管內,加熱到900℃或1100℃后,在2000r/min的頻率下進行震蕩沖擊。沖擊后計算未破碎率。以未破碎率為50%時的沖擊次數表征樣品的沖擊韌性。

       特別需要說明的是,這里的沖擊韌性測定方式與傳統的沖擊韌性測定方法不同,主要是由于磨料顆粒尺寸較少,不能按照傳統的對大體積材料進行沖壓的方法進行測定。熱沖擊韌性是國際上普遍采用的性能指標,尤其對于高品級金剛石而言,是決定其使用性能優劣的必不可少的質量指標之一。

       三、測試設備

       沖擊韌性測定儀工作原理主要是通過試樣管往復運動,帶動鋼球在試管內沖擊試樣,磨料因受沖擊而破碎。沖擊力的大小是由試樣管往復運動的速度和鋼球的質量來決定的,所以磨料在沖擊的頻率、試樣管的振幅及鋼球質量的共同作用下破碎。由此可知,在相同的沖擊條件下,未破碎率越大,則該磨料的韌性越好。

       熱沖擊韌性的工作原理主要是把超硬磨料放入TTI 加熱爐內,排除爐內空氣,通入保護氣體,按預定升溫曲線加熱后冷卻,再做沖擊韌性測定。

       TTI加熱爐加熱方式有電阻絲加熱和硅碳管加熱兩種,從形狀上可分為鐘罩式和管式。鐘罩式TTI 加熱爐用鉬絲做發熱體,最高加熱溫度1400 ℃,從室溫升至1300 ℃約2h。升溫速度較慢,爐腔空間大。用鉬絲做發熱體的管式加熱爐性能同上,爐腔有限,每一爐燒料較少。國內使用較多的加熱爐是用硅碳管作發熱體的管式加熱爐,溫升速度快,每次能燒1~2個試樣。

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△某型號沖擊韌性試驗裝置

       TI與TTI值的高低反映了超硬磨料耐沖擊和耐熱性能的高低,TI與TTI差值的大小,反映了該磨粒熱穩定性的好壞。

       如果說TI代表的是超硬磨??赡艿膹姸鹊脑? TTI則代表了磨粒使用中的實際強度。還要說明的是TI與TTI的差值是評價超硬磨粒性能的重要指標。


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