Спосіб визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків

Винахід стосується сфери визначення характеристик шліфпорошків із надтвердих матеріалів, зокрема опосередкованого визначення показника динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків. Відомий найбільш близький за технічною суттю до винаходу спосіб визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків. який передбачає відбір проби зерен порошку, здійснення динамічних навантажень на зерна проби і визначення кількості циклів ударів стальної кульки по наважці порошку у спеціальній капсулі, необхідних для руйнування 50% зерен порошку за масою (див. ДСТУ 3292-95. Порошки алмазні синтетичні. Загальні технічні умови. Введ. 01.01.96.- К.: Держстандарт України, 1995). Використання такого способу визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків можливе за умови наявності спеціального і дорогого у вартістному відношенні обладнання. Сам процес динамічних випробування є тривалим (більше двох години) і руйнівним, оскільки передбачає руйнування не менше 2-х каратів порошку (наприклад, для шліфпорошку із синтетичних алмазів марки АС80 200/160 це складає приблизно 24 000 зерен). Іншим суттєвим недоліком відомого способу є те, що в разі невдалого вибору початкового числа циклів динамічних навантажень, тобто коли доля зруйнованих зерен буде складати більше 50% від їх початкової маси, необхідно проводити повторні випробовування із меншим числом циклів. В основу винаходу покладено завдання такого удосконалення способу визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків, при якому не передбачається проведення динамічних випробовувань і наявності необхідного для цього спеціального обладнання, зменшується тривалість випробувань (з двох години до 30 хвилин), а руйнуванню піддається проба зерен в кількості 100-150 шт., що призводить до значного поліпшення технологічності процесу діагностики, його спрощення і екологічності. Зазначене завдання вирішується завдяки тому, що у способі визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків, який передбачає відбір проби зерен порошку і здійснення навантажень на зерна проби, згідно винаходу попередньо вимірюють довжину і ширину проекції кожного із зерен відібраної проби порошку у кількості не менше 100 шт., потім здійснюють статичне навантаження на кожне із зерен проби до повного його руйнування і знаходять середні значення довжини і ширини зерен і руйнівного навантаження для всієї проби, а показник динамічної міцності визначають по такій залежності: 1 F= (1) 2 æ ac ö 30,42 34,26 ac ac + bc 0,1539 ÷ - 0,2384 + + 0,6249 × ç ç b ÷ × 4 b + 8,94 2a b + lg(P ) 4a 4b c c c c è cø c c де: a c - середнє значення довжини зерна; b c - середнє значення ширини зерна; Pc - середнє значення руйнівного навантаження. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічними результатами, які досягаються при їх реалізації, полягає в наступному. Науковими дослідженнями властивостей алмазних порошків встановлений, а практикою діагностики характеристик підтверджений факт існування тісного взаємозв'язку між показниками їх статичної міцності і розмірними параметрами з однієї сторони і показником динамічної міцності - з іншої. В результаті поглибленої математичної обробки великої кількості емпіричних даних, одержаних під час приймальних випробовувань шліфпорошків із синтетичних алмазів, які проводяться службою стандартизації, нами одержані аналітичні залежності, які відображають вказаний вище взаємозв'язок у вигляді (1). Використання одержаних залежностей дозволяє проводити менш затратне визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків як по відношенню до тривалості випробування, так і до величини проби зерен. Немає необхідності здійснювати попереднє відсіювання основної фракції контрольованої зернистості алмазного порошку, відбір від неї наважки і проведення випробувань по її динамічному руйнуванню, повторне просіювання. Досить провести значно простіші з точки зору технічної реалізації випробування і скористатися залежністю (1). Зауважимо, що вимірювання довжини і ширини проекції проби зерен порошку і визначення середнього значення руйнівного навантаження входить в програму передбачених стандартом приймальних випробувань. Практична реалізація випробовувань такого виду в сучасних умовах автоматизована і здійснюється з використанням комп'ютерно-оптичних вимірювальних комплексів і програмних засобів числової обробки зображень. Завдяки цьому досягається велика продуктивність і точністьвимірювання, що є однією із передумов забезпечення прийнятливої похибки визначення динамічної міцності монокристалічних алмазів по залежності (1). Приклад реалізації способу визначення динамічної міцності монокристалічних алмазних шліфпорошків. Проводилось визначення динамічної міцності способом, що заявляється, стандартних шліфпорошків із синтетичних алмазів АС80 315/250 і АС50 400/315, які кваліфікуються як монокристалічні. Нормативним документом на ці порошки є вищезгадуваний стандарт ДСТУ 3292-95. У відповідності з вимогами цього нормативного документу точковим методом були відібрані дві проби зерен в кількості 100 шт. кожна (по одній пробі від кожного порошку). Відбір проби проводили після ретельного перемішування. Порошок висипали на гладкий папір, розрівнювали у вигляді квадрата шаром товщиною від 0,5 до 1,5см. і розподіляли його на квадрати зі стороною біля 5см; з середини цих квадратів спеціальним металевим шпателем відбирали пробу. На зернах обох проб проводили вимірювання довжини і ширини проекції кожного із зерен відібраної проби у кількості 100 шт. Вимірювання розмірів частинок проби дрібнозернистого матеріалу нескладне і може бути здійснено будь-яким із відомих способів, але, враховуючи дрібні розміри, найкраще здійснювати цю операцію шляхом мікроскопічного аналізу. При цьому слід керуватись відповідними нормативними документами на досліджуваний матеріал. Наприклад, у випадку шліфпорошків із синтетичних алмазів чи кубічного нітриду бору це додаток К до ДСТУ 3292-95 ("Метод визначення коефіцієнта форми алмазних шліфпорошків"), де обумовлюється порядок і технічне забезпечення подібних випробовувань. По закінченню цієї процедури одержали масив значень довжини і ширини проекції кожного із зерен проби і середні їх значення (шліфпорошок АС80 315/250 - табл. 1, шліфпорошок АС50 400/315 - табл.2; таблиці додаються). Потім проводили випробовування порошку на статичну міцність, керуючись додатком Г до ДСТУ 3292-95 ("Метод визначення статичної міцності алмазних шліфпорошків"). По закінченні цієї процедури були знайдені руйнівні навантаження на кожне із зерен проб і середнє арифметичне його значення Р с (шліфпорошок АС80 315/250 - табл. 3, шліфпорошок АС50 400/315 - табл.4; таблиці додаються). Виходячи із одержаних середніх значень довжини і ширини зерна і руйнівного навантаження проводили визначення показника динамічної міцності, користуючись залежністю (1). Вихідні дані для такого обчислення і його результати приведені в табл. 5 (додається). Там же приведені значення цієї характеристики, одержані методом, передбаченим стандартом ДСТУ 3292-95. Як бачимо, відносна похибка складає 0,8% у першому випадку і 3,4% - у другому, що не виходить за рамки дозволеного стандартом ДСТУ 3292-95 10-ти процентного відносного випадкового відхилення від межі норми. Таблиця 1 Шліфпорошок АС80 315/250, дані мікроскопічного аналізу №п/п а b №п/п 1 400,00 360,00 35 2 320,00 320,00 36 3 360,00 280,00 37 4 380,00 380,00 38 5 360,00 360,00 39 6 380.00 380,00 40 7 340,00 320,00 41 8 340,00 280,00 42 9 340,00 280,00 43 10 380,00 320,00 44 11 360,00 340,00 45 12 380,00 340.00 46 13 300,00 300,00 47 14 360,00 340,00 48 15 400,00 360,00 49 16 380,00 360,00 50 17 360,00 320,00 51 18 360,00 360,00 52 19 320,00 320,00 53 20 320,00 280,00 54 21 300,00 280,00 55 22 440,00 400,00 56 23 360,00 340,00 57 24 380,00 360,00 58 25 340,00 300,00 59 26 360,00 300,00 60 27 360,00 320,00 61 28 340,00 320,00 62 29 400,00 340,00 63 30 340,00 320,00 64 31 360,00 320,00 65 32 360,00 300,00 66 33 380,00 320,00 67 34 300,00 300,00 68 середнє значення довжини проекції зерен, середнє значення ширини проекції зерен, a 380,00 280,00 340,00 340,00 320,00 420,00 340,00 320,00 320,00 360,00 300,00 360,00 400,00 320,00 320,00 400,00 340,00 360,00 380,00 380,00 340,00 320,00 320,00 340,00 380,00 360,00 420,00 360,00 400,00 340,00 380,00 340,00 320,00 b 340,00 260,00 280,00 340,00 320,00 380,00 340,00 300.00 320,00 300,00 300,00 320,00 300,00 300,00 260,00 380,00 320,00 300,00 340,00 380,00 280,00 300,00 300,00 300,00 340,00 280,00 360,00 300,00 380,00 300,00 360,00 340,00 320,00 № п/п 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 a 380,00 360,00 340,00 400,00 380,00 380,00 320,00 320,00 380,00 340,00 340,00 360,00 360,00 380,00 360,00 320,00 400,00 380,00 440,00 360,00 400,00 360,00 380,00 300,00 340,00 340,00 440,00 340,00 420,00 380,00 360,00 380,00 400,00 b 320,00 340,00 340,00 300,00 360,00 320,00 300,00 280,00 300,00 300,00 300,00 340,00 320,00 320,00 280,00 300,00 300,00 300,00 360,00 360,00 320,00 320,00 300,00 260,00 300,00 260,00 360,00 240,00 360,00 340,00 360,00 360,00 320,00 мкм ас = 359,00 мкм bс = 321,00 Таблиця 2 Шліфпорошок АС50 400/315, дані мікроскопічного аналізу № п/п 1 2 3 4 5 6 7 а 520,00 520,00 460,00 500,00 520,00 440,00 480,00 b 440,00 460,00 420,00 440,00 440,00 380,00 420,00 № п/п 35 36 37 38 39 40 41 а 520,00 440,00 540,00 500,00 540,00 520,00 500,00 b 400,00 400,00 500,00 440,00 480,00 400,00 460,00 №п/п 68 69 70 71 72 73 74 а 560,00 500,00 480,00 460,00 440,00 480,00 460,00 b 420,00 460,00 440,00 360,00 400,00 480,00 400,00 8 400,00 360,00 42 400,00 9 500,00 460,00 43 500,00 10 520,00 440,00 44 440,00 11 480,00 400,00 45 480,00 12 500,00 440,00 46 500,00 13 560,00 500,00 47 460,00 14 600,00 540,00 48 480,00 15 580,00 500,00 49 460,00 16 520,00 460,00 50 460,00 17 520,00 380,00 51 440,00 18 480,00 400,00 52 440,00 19 540,00 460,00 53 460,00 20 520,00 400,00 54 480,00 21 500,00 420,00 55 500,00 22 520,00 440,00 56 580,00 23 500.00 400,00 57 460,00 24 520,00 460,00 58 440,00 25 540,00 440,00 59 540,00 26 460,00 420,00 60 400,00 27 560,00 440,00 61 480,00 28 400,00 380,00 62 460,00 29 560,00 500,00 63 480,00 30 460,00 400,00 64 400,00 31 520,00 440,00 65 460,00 32 460,00 420,00 66 440,00 33 560,00 480,00 67 460,00 34 460,00 440,00 середнє значення довжини проекції зерен, мкм середнє значення ширини проекції зерен, мкм 400,00 380,00 380,00 380,00 500,00 420,00 400,00 440,00 380,00 380,00 380,00 420,00 400,00 440,00 400,00 400,00 420,00 400,00 400,00 480,00 420,00 380,00 360,00 420,00 400,00 380,00 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 540,00 520,00 440,00 500,00 400,00 440,00 420,00 500,00 580,00 460,00 440,00 480,00 480,00 500,00 480.00 540,00 520,00 520,00 460,00 460,00 420,00 440,00 420,00 480,00 560,00 580,00 460,00 420,00 360,00 440,00 400,00 400,00 380,00 400,00 440,00 420,00 440,00 440,00 440.00 420,00 380,00 360,00 440,00 460,00 400,00 420,00 360,00 420,00 380,00 480,00 480,00 540,00 ас= 488,00 bс = 424,00 Таблиця 3 Шліфпорошок АС80 315/250, дані випробовувань на статичну міцність № п/п Р № п/п Р 1 114,24 26 96,90 2 71,66 27 123,42 3 123,68 28 65,45 4 187,00 29 123,76 5 80,07 30 57,12 6 88,14 31 36,13 7 67,75 32 115,26 8 74,97 33 47,85 9 94,69 34 46,83 10 83,22 35 113,05 11 55,84 36 103,62 12 67,15 37 102,94 13 117,90 38 209,01 14 129,54 39 87,98 15 43,18 40 191.00 16 47,52 41 134,98 17 88,66 42 41,23 18 53,38 43 177,23 19 120,70 44 91,38 20 61,12 45 124,95 21 76,76 46 72,68 22 86,87 47 173,91 23 50,41 48 35,96 24 208,93 49 108,80 25 45,82 50 75,39 середнє значення руйнівного навантаження, Н №п/п 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Р 107,19 69,70 66,13 45,99 48,03 112,71 98,60 67,92 116,36 128,26 44,63 57,54 101,92 131,66 100,22 60,01 50,24 142,54 209,36 63,07 185,21 47,35 32,64 81,18 67,07 № п/п Р 76 31,88 77 35,02 78 66,89 79 141,70 80 175,36 81 74,04 82 50,32 83 86,62 84 50,24 85 57,12 86 107,36 87 47,18 88 102,77 89 44,03 90 64,01 91 154,36 92 55,33 93 94,94 94 51,85 95 46,07 96 82,79 97 45,73 98 124,78 99 71,49 100 107,19 Рс=90,00 Таблиця 4 Шліфпорошок АС50 400/315, дані випробовувань на статичну міцність №п/п Р № п/п Р 1 117,90 26 83,30 2 96,22 27 85,93 3 67.49 28 133,96 4 88,23 29 87,64 5 86,53 30 64,77 6 79,22 31 90,87 7 113,05 32 112,63 8 61,97 33 81,77 9 61,88 34 77,18 10 115,69 35 74,63 11 87,04 36 162,86 12 61,46 37 100,64 13 74,29 38 102,17 14 75,82 39 123,00 15 113,90 40 176,89 16 124,61 41 54,91 17 111,69 42 61,54 18 62,22 43 234,43 19 84,41 44 103,02 20 141,19 45 140,68 21 49,05 46 134,81 22 97,07 47 214,03 23 134,64 48 61,20 24 155,55 49 171,87 25 103,87 50 123,85 середнє значення руйнівного навантаження, Н № п/п 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 Р 64,26 115,86 72,08 93,16 79,56 84,83 209,19 98,52 68,34 153,09 196,10 115,43 69,19 155,38 191,42 83,56 152,24 136,85 56,36 69,79 178,59 166,60 214,29 92,74 348,67 № п/п 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 Р 71,40 105,14 76,08 158,19 171,45 127,33 44,63 76,93 61,28 63,83 57,03 98,09 177,23 71,23 132,77 191,85 156,15 254,83 201,71 101,41 208,68 127,33 75,31 89,17 111,18 Рс=115,00 Таблиця 5 Вихідні дані і результати тестового визначення динамічної міцності шліфпорошків із синтетичних алмазів способом, що заявляється Марка і зернистість (мкм) шліфпорошку ac, мкм bс, мкм Рс , Н АС80 315/250 АС50 400/315 35960 488,0 321,0 424,0 90,00 115,00 F, умовні одиниці спосіб, що ДСТУ3292-95 заявляється 55,44 55,0 26,58 27,50