超硬磨料的沖擊韌性和熱沖擊韌性

/超硬磨料的沖擊韌性和熱沖擊韌性超硬磨料沖擊韌性（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(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)。超硬磨料及制品在實(shí)際使用過程中同時(shí)受到?jīng)_擊和磨損兩種作用，而超硬制品在生產(chǎn)使用過程中的磨粒又受到高溫作用，因此用于檢測時(shí)也應(yīng)模擬磨粒在實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)。一、定義沖擊韌性（TI）：在室溫下,利用沖擊韌性檢測設(shè)備,將肯定量超硬磨粒用特定尺寸鋼球在特定的沖擊罐中,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),沖擊規(guī)定次數(shù)后,求得的未碎裂磨粒的百分率即為TI。測定超硬磨料的沖擊韌性（沖擊強(qiáng)度），比測定其單顆粒靜壓強(qiáng)度，更能客觀地反映其實(shí)際使用效果和質(zhì)量情況。同時(shí)，測定沖擊韌性還具有樣品代表性好、測定結(jié)果誤差小等優(yōu)點(diǎn)。假如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(biāo)。熱沖擊韌性（TTI）：即是肯定量的超硬磨粒在保護(hù)氣氛中,經(jīng)過1100℃高溫加熱規(guī)定時(shí)間后,重復(fù)TI的操作,即為TTI值。其數(shù)值大小表示磨料熱穩(wěn)定性的高處與低處。熱沖擊韌性測量的原理比沖擊韌性加添了加熱的環(huán)節(jié)，將超硬磨料放在充有惰性氣體（如氬氣）的專用設(shè)備中進(jìn)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(shù)目前在超硬材料領(lǐng)域使用特別普遍，技術(shù)也比較成熟，我國超硬磨料檢測技術(shù)90時(shí)代以前，一直沿用單顆?？箟簭?qiáng)度測試方法，其優(yōu)點(diǎn)是測試方法簡單，但該方法測試誤差大，重復(fù)性差，其測試機(jī)理也難以反映磨料在動(dòng)態(tài)情況下的受力情形。后來，我國依據(jù)實(shí)際檢測需求研發(fā)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，并訂立了相應(yīng)的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)超硬磨料生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量掌控。由于國內(nèi)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(shù)按其測試結(jié)果的表征方法國內(nèi)外有所不同，重要有兩種：1、取肯定量的超硬磨料基本粒，連同肯定規(guī)格質(zhì)量的鋼球一起裝入試樣管，在沖擊儀上按規(guī)定的頻率，沖擊肯定的次數(shù)（或時(shí)間），然后再篩分，求出未碎裂率（沖擊后篩上物的質(zhì)量與原始質(zhì)量之比）用百分比表示，作為其沖擊韌性值。2、取肯定量的超硬磨料基本粒連同肯定規(guī)格質(zhì)量的鋼球一起裝入試樣管，在沖擊儀上以肯定的頻率，沖擊肯定的次數(shù)（或時(shí)間）后，再篩分求出未碎裂，然后通過驗(yàn)和換算，最后以未碎裂率為50%時(shí)的沖擊次數(shù)（或時(shí)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(nèi)外各大公司廣泛使用，但它要求隨著磨料品級(jí)更改調(diào)整沖擊儀的沖擊次數(shù)（或時(shí)間），以保證試驗(yàn)的精準(zhǔn)明確性（例如未碎裂率比例40%至60%之間靈敏度最高）。第二種測試方法操作比較多而雜，但可以兼顧各種不同品級(jí)的超硬磨料在相同條件下予以比較，缺點(diǎn)是為了得到一個(gè)測試結(jié)果，至少要進(jìn)行兩次試驗(yàn)。此方法在FEPA標(biāo)準(zhǔn)、前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)及我國標(biāo)準(zhǔn)中予以應(yīng)用。熱沖擊韌性測試方法各個(gè)國家或公司各不相同，重要表現(xiàn)在升溫速度、保溫時(shí)間、保護(hù)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(hù)氣體重要使用的有氬氣、氫氣和氮?dú)?。比如測試金剛石顆粒的熱沖擊韌性，取肯定質(zhì)量的金剛石顆粒和鋼球一起裝入試樣管內(nèi)，加熱到900℃或1100℃后，在2000r/min的頻率下進(jìn)行震蕩沖擊。沖擊后計(jì)算未碎裂率。以未碎裂率為50%時(shí)的沖擊次數(shù)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(tǒng)的沖擊韌性測定方法不同，重要是由于磨料顆粒尺寸較少，不能依照傳統(tǒng)的對(duì)大體積材料進(jìn)行沖壓的方法進(jìn)行測定。熱沖擊韌性是國際上普遍采納的性能指標(biāo)，尤其對(duì)于高品級(jí)金剛石而言，是決議其使用性能優(yōu)劣的必不可少的質(zhì)量指標(biāo)之一。三、測試設(shè)備沖擊韌性測定儀工作原理重要是通過試樣管往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼球在試管內(nèi)沖擊試樣，磨料因受沖擊而碎裂。沖擊力的大小是由試樣管往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度和鋼球的質(zhì)量來決議的，所以磨料在沖擊的頻率、試樣管的振幅及鋼球質(zhì)量的共同作用下碎裂。由此可知，在相同的沖擊條件下，未碎裂率越大，則該磨料的韌性越好。熱沖擊韌性的工作原理重要是把超硬磨料放入TTI加熱爐內(nèi)，排出爐內(nèi)空氣，通入保護(hù)氣體，按預(yù)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(fā)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(fā)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(nèi)使用較多的加熱爐是用硅碳管作發(fā)熱體的管式加熱爐，溫升速度快，每次能燒1～2個(gè)試樣?！髂承吞?hào)沖擊韌性試驗(yàn)裝置TI與TTI值的高處與低處反映了超硬磨料耐沖擊