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磨料的使用性能与破碎强度测定

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磨料的使用性能与破碎强度测定

发布日期:2017-05-17 00:00 来源:http://www。zzjykj。net 点击:

 

一、      

磨料(刚玉、碳化硅、人造金刚石)在当前的工业生产中正被广泛在机械加工、耐火材料和工程陶瓷领域采用。它们的主要特性表现是:硬度高、耐高温、性能好,特别是Sic的高耐蚀和正温度特性(即与金属相反,在1600℃以下,温度越高抗折强度越高),在工程陶瓷和高温耐火材料领域起着不可替代的作用。

也正因为如此,最近20年中国的磨料工业突飞猛进、高速发展,其产能已远远大于国内需求。在当前国家对过剩产能企业进行结构调整的时期,磨料行业能够维持生存与发展的唯一途径就是参入质量竞争。

   现在市场的形势是:好料不愁卖。那么,什么是好料呢?

1、内部结晶完整的

   不论是刚玉还是碳化硅,它们都是在高温下结晶而成,从而得到高硬度等物理性能。因此原材料的品质和冶炼过程的完善是决定其内在质量的关键,如在原材料中加入添加某种元素,则会引起性能的变化,如锆刚玉、镨铷刚玉......。

   同时,冶炼过程也是结晶过程,当晶型成为“自形晶”时,则抗折强度很高,这种磨料也会成为优质磨料;当晶型成为“半自形晶”或“它形晶”时,抗折强度会大幅下降,人们常说它“没炼熟”或“炼过了”。

 2、体表征特性

   磨料表面的清洁度和颗粒形状是影响使用性能的重要指标。磨料的清洁度与它的亲水性密切相关,亲水性好的做成制品时结合强度高,水洗砂的清洁度一般96%左右,清吹砂的清洁度在98%左右,根据1999年第七砂轮厂的试验结果,清吹砂的亲水性是水洗砂的2倍。

   磨料的颗粒形状根据用途不同而有不同要求,提供做耐材的磨料要求颗粒形状接近球形,堆积密度高,以获得较高的生坯强度,目前多数企业采用巴马克或球磨机破碎。F砂主要作为磨削用途,要求磨粒成等积形,以求保持锋利的切削刃和耐磨性,提高磨削效率,加工时一般采用多级对辊,现列表简述如下:

不同用途对磨料形状的要求(表一)

序 号

用 途

名称或代号

特 点

加工方式

1

涂附磨具

P 砂

锋利、耐磨

二级对辊

2

固结磨具

F 砂

锋利、耐磨

二级以上对辊

3

耐火材料

耐火砂

堆积密度高

巴马克、球磨

4

工程陶瓷

微 粉

纯 净

水分级

   对于磨料的清洁度,现在国内已普遍采用清吹机。清吹机的最高清洁度可达到98.5%,但是如果过分追求产量不控制清吹机的小时产能也不会得到高清洁度,一般清洁度超过96%就可以高于认真水洗的水平。

   根据当前行业的现状,解决磨粒体表质量的办法已经基本成熟,而评价磨料内部质量的生产检测办法却相对缺乏。

   由此,磨料的内在质量成了各生产企业之间产生质量差异的主要因素。磨料破碎强度高的结晶完整,内部微裂纹小,使用性能呈现锋利而且耐用,对磨粒内部结构的分析可以采用的物理方法很多,如光谱法、岩相分析法......。

   但是这些方法需要相应的精密仪器和相当技术水平的操作人员,因此探求一种直观的性能检测仪器成为人们关注的焦点。

本文提出的磨料破碎强度测定仪经过笔者多年探讨与试验,取得一定心得,现介绍如下:

二、

   材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏(永久变形和断裂)的能力称为强度。它是一个应力值。

   材料的硬度是指固体材料抗永久形变的特性,是一个物体侵入另一个物体的能力。

   硬度和强度是两个概念,虽然一般硬度高的材料强度就大,但不是完全如此,如碳化硅的硬度比刚玉高,但不论其屈服强度和剪切强度都比刚玉低。

但对同一种材料而言,材料的破碎强度(即产生永久变形的力)与存在材料内部的微裂纹密切相关,其屈服强度的计算公式是:

σ=F/S

F--材料发生塑性变形量为原长的0.2%时所受的力

S--受力材料的横截面积

根据上述公式,要做出相应的生产用测量仪器会有一定复杂程度。但材料强度与其内部的微裂纹有关,内部微裂纹多的势必容易被击碎,反映在使用性能方面就是:抗破碎性能很差,做成磨具会呈现不耐用,做成耐火材料会反映不结实。

因此,本仪器的设计思想就是:采用同一个力量对不同试样进行同样次数的撞击,比较不同材料被击碎的情况,依据所得参数评价材料的抗破碎性能。

本仪器就是用一个φ12mm的硬度合金球以一定的速度和行程对试样进行打击,根据其试样破碎的程度来评价和比较其破碎强度的。

三、

仪器共由三部分组成:

  1、主机:仪器由电机带动试管以每分钟180次,行程100mm进行运动,仪器面板上安装有预置电子计数器(预置电子计数器为2000次,也可自行调整),达到预定值自动停机。仪器可同时装两个同样尺寸的不锈钢试管,试管内装有同样的硬质合金钢球,用户可根据需要进行比较测量或单个测量。

  2、振筛机:振筛机为标准8411型,振动次数为每分钟1400次,功率120W,配备有φ20mm的不锈钢标准筛,振筛机面板装有可预置电子计时器,精确到秒。(推荐值:60秒)

  3、精密天秤:配有可称500克的精密天秤,精确度为0.01克,数字带背光显示。

四、试验方法及实验记录

  1、称46#料,2克,2份试样分别装入试管1、试管2。

  2、在主机上振动2000次,自动停机。

  3、将打碎后的料分别在振筛机上筛分,筛网布置,40#、46#、60#。

  4、在精密天秤称60#的筛上物并记录,其试验结果如下表:

不同材质的破碎率(表二)

序号

材 质

试样编号

测量值

抗破碎率(%)

1

锆刚玉

18

1.26

63

2

白刚玉

2

1.12

56

3

单晶刚玉

6

1。10

55

4

棕刚玉

1

0.92

46

5

黑碳化硅

17

0.88

44

6

黑刚玉

10

0.69

34

7

铬刚玉

11

0。42

21

注:表中的试样编号是本实验室对来料的编号,如需查询,可提供。

    从表二可以看出各样不同材质的抗破碎率(%)依次是:锆刚玉(63%)>白刚玉(56%)>单晶刚玉(55%)>棕刚玉(46%)>黑碳化硅(44%)>铬刚玉(21%)。从各种材料的抗破碎率看来,所呈现的规律与传统的概念基本相符,即:锆刚玉比白刚玉和棕刚玉抗破碎性能好,棕刚玉比碳化硅的抗破碎性能好。

   但是,上述试样的来源都是从企业随机取样的,它不能代表各种材料的完美结晶,如铬刚玉试样的抗破碎率最低就可以说明:虽然预想中的铬刚玉值应大于黑刚玉,但试验结果则相反,能不能认为这家企业的这种材料就是冶炼工艺或原材料存在问题呢?

  为了确认是否测量仪器的误差引起,因此对这种料进行重复性试验,见下表(三):


 次数

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均值5.jpg

结 果4.jpg

0.42

0.42

0.41

0.41

0。43

0.42

0.42

0.41

0.43

0.41

0。418

平均差值

 3.jpg

0。002

0.002

0。008

0。008

0。012

0.002

0.002

0.008

0.012

0。008


 2.jpg

0。000004

0。000004

0。000064

0。000064

0.000144

0.000004

0.000004

0。000060

0.000144

0。000064


根据重复性误差计算公式:

 1.jpg

  重复性误差近似0.8%,说明测量结果是准确的。

  为进一步验证行业内同种材质的质量分散情况,从棕刚玉生产比较集中的地区如:山西、三峡、贵阳等调样检查,如表(四)结果:

          不同产地的棕刚玉性能比较(表四)

 样品编号

1

3

5

8

12

13

14

8

测量值

0。92

1。11

0。99

0.97

1。07

0.84

0。84


抗破碎强度(%)

46

55.5

49.5

48。5

53.5

42

42


   比较不同试样的抗破碎性能:上述试样的最大差值为13.5,最好的为55.5,与锆刚玉(18#样为63)相差7.5,最差的为42,与黑刚玉(10#样为34)相差8.0,由此可见同样都是棕刚玉,其性能相差却相当悬殊。

五、    

   作为磨削用途和耐火材料的刚玉、碳化硅的突出性能是它的硬度和强度高。但由于原材料和工艺的不同,不同地区,不同企业向市场提供的产品使用性能差别很大。磨料结晶时产生的微裂纹是影响其抗破碎性能的主要因素,本仪器以比较直观的冲击破碎取样法,能够较准确的进行测量。

  笔者认为磨料的抗破碎性能与其硬度、强度、韧性相关,但不一定完全对应,作为一种新的使用性能指标--破碎强度,它可能将在以下几个方面发挥作用:

1、为磨料使用单位选择需要何种破碎强度的材料用。

2、为磨料生产企业做为稳定工艺,提高产品质量的检测手段。

3、对同类产品进行性能比较测试用。

4、为各单位对磨料制粒加工前,检测熔块质量用。

  致谢:本仪器在研发过程中得到许多单位的大力支持,并热情提供样品,特此致谢!


相关标签:碳化硅生产线

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