專利名稱：一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片(roc)抗沖擊韌性的方法；屬于材料物理性能檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金剛石復(fù)合片(Polycrystalline Diamond Compact,簡稱為F1DC)是由硬質(zhì)合金和人造聚晶金剛石經(jīng)過高溫高壓合成的，既具有硬質(zhì)合金的韌性和可焊性，又具有金剛石的高耐磨性，作為高效切削刀具廣泛地應(yīng)用于石油鉆探、機械加工等領(lǐng)域。由于復(fù)合片自身結(jié)構(gòu)的特點，以及在實際使用過程中的受破壞方式，使得復(fù)合片一般都是受沖擊破壞而失效， 因此抗沖擊性能是衡量復(fù)合片質(zhì)量優(yōu)劣的一項重要指標。然而，由于聚晶金剛石具有極高的硬度和化學(xué)惰性，如何高效的檢測PDC材料的抗沖擊韌性已成為迫切需要解決的難題之
o目前，對于如何檢測PDC材料抗沖擊韌性，國內(nèi)外的著名公司和研究機構(gòu)都依據(jù)實用對象，設(shè)計了各自獨特的測試方法，測試結(jié)果并不能夠相互比較，因而，沒有形成統(tǒng)一的標準，其主要的測試方法(原理)有美國GE公司所采用的高速運動顆粒沖蝕法；英國De Beers公司所采用的PDC車削帶槽花崗巖棒轉(zhuǎn)撞擊法；美國Sandia國家實驗室采用的大功率落塊沖擊法；我國和美國合成公司所采用的DFZY型roc抗動載性能測試、JZ型落錘式?jīng)_擊功測定儀測試和可變換沖擊功落球式?jīng)_擊法。以沖擊功作為抗沖擊性能的定量指標，得到了較為廣泛的認同。即，測試時，使沖頭逐次沖砸roc的邊緣部分，直至試樣表面出現(xiàn)可見裂紋或產(chǎn)生破碎時，所得到的沖擊功(沖擊次數(shù)與單次沖擊能量之積)。該種測試過程存在以下難點1)加載功如何能夠盡可能地作用到復(fù)合片上。如果復(fù)合片被直接放置于底座上，將導(dǎo)致大部分的沖擊能量損失。2)如何實現(xiàn)沖頭與復(fù)合片的點對點的沖擊。金剛石復(fù)合片的硬度很大，如果沖擊次數(shù)過多，會導(dǎo)致沖頭與復(fù)合片形成面對面的接觸，甚至沖頭破壞。3)復(fù)合片表面裂紋出現(xiàn)的判斷和沖擊次數(shù)的計數(shù)困難。因為一般的測試方法測試次數(shù)很多，采用人工記錄沖擊次數(shù)，重復(fù)性的工作量太大，繁瑣易產(chǎn)生誤差，且難于第一時間觀察到裂紋出現(xiàn)。隨著PDC制造技術(shù)的不斷進步，PDC的質(zhì)量得到了大幅度的提高，如果測試一個試樣甚至經(jīng)過數(shù)千次仍然不能破壞樣品，將導(dǎo)致無法給出沖擊功的具體數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中沖擊功測試過程的難點，而提供一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法。本發(fā)明高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，包括以下步驟將鋼球在一定高度自由落下，使鋼球逐次沖砸在背面設(shè)有墊片的PDC試件正面邊緣的固定點上；所述墊片與PDC試件整體固定在凹槽中，所述凹槽設(shè)置在鋼球自由落體路徑上，其外形與所述墊片以及PDC試件的外形相匹配；用激光感應(yīng)計數(shù)器計量鋼球沖砸PDC的次數(shù)，當(dāng)復(fù)合片表面出現(xiàn)可見裂紋或產(chǎn)生破碎時，得到?jīng)_擊功值。本發(fā)明高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法中，所述墊片厚 lmm-20mmo本發(fā)明高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法中，所述墊片采用硬質(zhì)合金、PDC或聚晶立方氮化硼中的任意一種材料制備。本發(fā)明高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法中，所述墊片與PDC試件之間疊置，墊片表面粗糙度為RaO. 02-1. 25 u m。本發(fā)明高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法中，所述墊片與PDC試件采用壓片壓置在凹槽中而實現(xiàn)整體固定在凹槽中。本發(fā)明由于采用上述方法，在現(xiàn)有的落球式?jīng)_擊法的基礎(chǔ)上，引入沖擊動力學(xué)原理，通過在PDC試件下面裝上墊片(如硬質(zhì)合金、roc、聚晶立方氮化硼復(fù)合片)，并使墊片表面粗糙度達到RaO. 02-1. 25 iim，將二者疊置(機械式固定)在一起進行沖擊測試，在測試在測試樣品和試驗機底座間形成一個剛性碰撞界面，使得反射進入PDC試件內(nèi)的拉伸波增多，從而使I3DC試件在有限的次數(shù)內(nèi)，發(fā)生沖擊破壞，實現(xiàn)了 PDC樣品抗沖擊韌性的高效測定；可以使復(fù)合片經(jīng)過數(shù)十次的沖擊后，表面出現(xiàn)可見裂紋或產(chǎn)生破碎，快速地有效地測定PDC材料的沖擊功值，使得可變換沖擊功落球式?jīng)_擊法的重復(fù)性工作量大大降低，誤差減小，更加簡便。該發(fā)明方法的優(yōu)點和有益效果是該發(fā)明方法能高效的實現(xiàn)PDC抗沖擊性能的檢測，PDC試件的抗沖擊韌性只需要十幾次到幾十次的鋼球沖擊便可測試出來，減少了重復(fù)性的工作量，得到的實驗結(jié)果更具可信度；本發(fā)明將墊片與PDC試件采用壓片壓置在凹槽中， 能夠有效的控制PDC試件與鋼球的沖擊點位置，沖擊點位置對測試結(jié)果的影響極大，若位置變化，所獲得的結(jié)果會存在較大的誤差；該發(fā)明方法實現(xiàn)了鋼球和樣品的點對點接觸，能很好的模擬PDC材料的實際受力狀態(tài)；當(dāng)沖擊頻率太高時，載荷作用時間較短，破壞的過程得不到充分的發(fā)展，會使破壞速度下降，本發(fā)明方法可以方便地控制落球的頻率，從而控制沖擊頻率，能使沖擊頻率保持在最佳的情況下；該發(fā)明方法采用了較為簡單的激光感應(yīng)計數(shù)器進行沖擊次數(shù)計量；該發(fā)明方法簡單，成本低廉使用方便，易于推廣。


附圖I為本發(fā)明實施例應(yīng)用的沖擊試驗機結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2為附圖I中A部放大圖。圖中1_鋼球收集槽；2-底板；3-激光感應(yīng)計算器；4-夾緊板；5-支座，7-凹槽。
具體實施例方式下面結(jié)合具體附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。參見附圖1、2，將鋼球收集槽I、設(shè)有激光感應(yīng)器3的底板2、支座5依次安裝好，并使支座5上的鋼球7自由落體時，恰好落入設(shè)置于底板2上的凹槽7中，固定好各部件，然后，進行試驗。測試同一批次PDC試件。將多個鋼球6放入支座5上；將墊片與PDC試件對齊， 然后利用夾緊板4將墊片和PDC試件機械式裝夾在凹槽7中；使鋼球6依次自由落體，沖砸PDC試件至其表面出現(xiàn)可見裂紋，利用激光感應(yīng)計數(shù)器3計量鋼球沖砸roc的次數(shù)。根據(jù)落球高度，確定單次沖擊功，即鋼球落下的重力勢能。還可根據(jù)實驗的需要調(diào)整支架5的高度，獲得鋼球落下的不同重力勢能。通過記錄鋼球的下落次數(shù)，得到?jīng)_擊功值。其公式如
(I)所示W(wǎng) = mgh(I)其中，m為鋼球重量，g為重力加速度，h為落球高度。g = 9. 8m/s2。.實施例I :采用表面粗糙度為RaO. 02 m的硬質(zhì)合墊片，厚度為I. 00mm，鋼球直徑300mm ;質(zhì)量878. 2g ;所用材料軸承鋼；落球高h= 164mm ;對于同一復(fù)合片圓周上選擇間隔90°的 4個點，沖擊次數(shù)分別為32，33，34，35次，試件表面產(chǎn)生可見裂紋。平均沖擊次數(shù)為33. 50。計算得單次沖擊功W = mgh = I. 411J。此PDC 試件的沖擊功值為 33. 50X1. 411 = 47. 27J。實施例2 采用表面粗糙度為RaO. 5 iim的PDC墊片，厚度為15. 12mm，鋼球直徑300mm ;質(zhì)量890. Ig ;所用材料軸承鋼；落球高h = 168mm ;對于同一復(fù)合片圓周上選擇間隔90°的 4個點，沖擊次數(shù)分別為34，36，33，34次，試件表面產(chǎn)生可見裂紋。平均沖擊次數(shù)為34. 25。計算得單次沖擊功W = mgh = I. 465J。此PDC 試件的沖擊功值為 34. 25 X I. 465 = 50. 18J。實施例3 采用表面粗糙度為Ral. 25 iim的聚晶立方氮化硼墊片，厚度為20mm，鋼球直徑 300mm ;質(zhì)量875. 4g ;所用材料軸承鋼；落球高h = 170mm ;對于同一復(fù)合片圓周上選擇間隔90°的4個點，沖擊次數(shù)分別為32，34，33，34次，試件表面產(chǎn)生可見裂紋。平均沖擊次數(shù)為 33. 25。計算得單次沖擊功W = mgh = I. 458J。此PDC 試件的沖擊功值為 33. 25 X I. 458 = 48. 48J。從實施例1、2、3可知，經(jīng)過數(shù)十次的沖擊，即可很快的測定PDC試件的沖擊功值， 數(shù)值的均方差為4. 27，滿足復(fù)合片測試的需要。
權(quán)利要求
1.一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，包括如下步驟將鋼球在一定高度自由落下，使鋼球逐次沖砸在背面設(shè)有墊片的PDC試件正面邊緣的固定點上；所述墊片與PDC試件整體固定在凹槽中，所述凹槽設(shè)置在鋼球自由落體路徑上， 其外形與所述墊片以及PDC試件的外形相匹配；用激光感應(yīng)計數(shù)器計量鋼球沖砸roc的次數(shù)，當(dāng)復(fù)合片表面出現(xiàn)可見裂紋或產(chǎn)生破碎時，得到?jīng)_擊功值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，其特征在于所述墊片厚lmm-20mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，其特征在于所述墊片采用硬質(zhì)合金、PDC或聚晶立方氮化硼中的任意一種材料制備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，其特征在于所述墊片與PDC試件之間疊置，墊片表面粗糙度為RaO. 02-1. 25 u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法，其特征在于所述墊片與PDC試件采用壓片壓置在凹槽中而實現(xiàn)整體固定在凹槽中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效的用于檢測金剛石復(fù)合片抗沖擊韌性的方法。包括如下步驟將鋼球在一定高度自由落下，使鋼球逐次沖砸在背面設(shè)有墊片的PDC試件正面邊緣的固定點上；墊片與PDC試件整體固定在凹槽中，所述凹槽設(shè)置在鋼球自由落體路徑上，其外形與所述墊片以及PDC試件的外形相匹配；用激光感應(yīng)計數(shù)器計量鋼球沖砸PDC的次數(shù)，當(dāng)復(fù)合片表面出現(xiàn)可見裂紋或產(chǎn)生破碎時，得到?jīng)_擊功值。本發(fā)明方法實現(xiàn)了鋼球和樣品的點對點接觸，能很好的模擬PDC材料的實際受力狀態(tài)；可以方便地控制落球的頻率，從而控制沖擊頻率，使沖擊頻率保持在最佳的情況下；采用了簡單的激光感應(yīng)計數(shù)器進行沖擊次數(shù)計量；本發(fā)明方法簡單，成本低廉，使用方便，易于推廣。
文檔編號G01N3/32GK102539258SQ20111045320
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者馮慧娟, 劉昭林, 李娟 , 汪冰峰 申請人:中南大學(xué)