CN112683697B - 超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法，属于超硬磨料冲击韧性测试技术领域。本发明通过发现超硬磨料升温影响的实际规律，将升温有各种差别过程而不会影响超硬磨料冲击韧性测试结果的那些超硬磨料尺寸规格排除到高温处理升温段控制的范围外，并且找出需要进行升温控制的那些尺寸规格超硬磨料的最小的必要升温时间，建立科学的超硬磨料升温控制模型，使具有快速升温设备的企业对这些规格的超硬磨料不必等待长时间专门的耗时升温，使没有符合规定升温设备的企业也不必去购买专门的升温设备来保证在规定时间内的升温，由此减少企业的生产成本，节约生产时间，提高生产效率。

Description

超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法

技术领域

本发明属于超硬磨料冲击韧性测试技术领域，具体涉及一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法。

背景技术

超硬磨料(如金刚石、立方氮化硼等)的冲击韧性测试需要进行常温状态测试和高温(1100℃)处理后状态的测试，以确定超硬磨料经过高温处理后的冲击韧性值(未破碎率)是否还符合要求的指标。传统的高温处理要求是，对所有尺寸规格的超硬磨料，按图1中的SA段和BA段升温(这两段升温时间不作专门的要求)，而对BC段的升温时间和升温温度进行统一控制，且对CD段的高温保温和DE段的降温进行时间控制，以保证在试样在同样温度控制过程下的磨料冲击韧性的可对比性。统一超硬磨料高温处理升温段控制的依据来自于传统的认识，认为当用超硬磨料在升温段按不同的时间从400℃升温达到1100℃时，同一批相同品级的超硬磨料测试出的冲击韧性值就会不同，这就给出了超硬磨料高温处理升温段统一控制的理由。且这个高温处理升温段的控制要求也被作为了标准的要求。

图1中的高温处理过程的温度控制模型从表面上看是合理的，似乎可以使所有尺寸规格的超硬磨料经历了相同的温度控制过程，它们的冲击韧性(未破碎率)测试结果才有可比性。经过大量的测试发现，实际上不是所有尺寸规格的超硬磨料的升温过程时间不同，其未破碎率就会有差异的。因为，有些尺寸规格的超硬磨料对图1中的BC段升温时间长短不会带来其冲击韧性(未破碎率)的差别，并且即使对图1中的BC段升温时间长短会带来影响差别的那些尺寸规格的超硬磨料，BC段升温时间也不需要15分钟这么长，即用其三分之一的升温时间与15分钟的效果是一样的。因此，图1中的BC段升温时间控制要求造成了不必要生产成本，带来了购买专用升温设备的成本和长时间升温的时间成本，这对于超硬磨料生产企业是一个很大的经济成本负担和时间耗费负担。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法，包括以下步骤：

S1、选择一种超硬磨料的一个品级、一定尺寸规格的磨料4轮的试样份，用一轮试样份测试未经过高温热处理时的冲击韧性，获得其未破碎率B₁；

S2、对第二轮超硬磨料试样，将其从400℃升至1100℃的升温时间设置为5分钟，其他段的温度控制按超硬磨料高温处理过程的温度控制模型进行高温处理，将高温处理后的试样进行冲击韧性测试，获得其未破碎率B₂；

S3、对第三轮和第四轮超硬磨料试样，将其从400℃升至1100℃的升温时间分别设置为15分和30分钟，其他段的温度控制按超硬磨料高温处理过程的温度控制模型进行高温处理，并测出相应的未破碎率B₃和B₄；

S4、分别计算未经过高温处理的试样的未破碎率B₁与用5分钟、15分和30分钟三种升温时间进行升温再高温处理后的试样未破碎率B₂、B₃和B₄之差δB₅、δB₁₅、δB₃₀；

按公式(1)计算5分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₅＝B₁-B₂ (1)

按公式(2)计算15分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₁₅＝B₁-B₃ (2)

按公式(3)计算30分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₃₀＝B₁-B₄ (3)

S5、用公式(4)计算30分钟升温时间试样的未破碎率差δB₃₀与5分钟升温时间试样的未破碎率差δB₅的差δB_30-5，并将计算值用黑实线绘制在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图的坐标系中；

δB_30-5＝δB₃₀-δB₅ (4)

S6、用公式(5)计算15分钟升温时间试样的未破碎率差δB₁₅与5分钟升温时间试样的未破碎率差δB₅的差δB_15-5，并将计算值用圆点绘制在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图的坐标系中；

δB_15-5＝δB₁₅-δB₅ (5)

S7、对同样品级的其他比步骤S1尺寸规格小的每一尺寸规格的超硬磨料逐一按步骤S1到步骤S6进行测试和计算，将相应的值绘制在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中，形成长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线；

S8、对除步骤S1所用品级超硬磨料以外的其他品级的各尺寸规格的超硬磨料按步骤S1到步骤S7绘制出其相应品级超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S9、对其他各类的超硬磨料按步骤S1到步骤S8绘制出其各品级超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S10、在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中，设点划直线AB为长短升温时间未破碎率差的差的零线，即δB_15-5和δB_30-5等于零的线，点划直线CD为相对于零线的允许测不准的破碎率偏差Δ的界限线，超硬磨料的δB_15-5曲线和δB_30-5曲线在上升过程有一个拐点，分别为点S和点L，两个拐点是由δB_15-5曲线和δB_30-5曲线分别与点划直线CD相交形成的，该曲线揭露了一个规律，拐点右边或在拐点上的第一个磨料尺寸规格D_L及其以下更细的磨料尺寸规格的升温时间长短的冲击韧性未破碎率差的差趋于零或都在允许的偏差范围内；

S11、还根据长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图得出以下结论：对于比拐点L尺寸规格D_L粗的超硬磨料，应将400℃升至1100℃的升温时间改为“升温时间不少于15分钟”，对于拐点L尺寸规格D_L及比拐点尺寸规格细的超硬磨料，应将400℃升至1100℃的升温时间改为“升温时间不少于5分钟”；

S12、根据步骤S10和步骤S11的结论，分别绘制磨料尺寸规格大于D_L的磨料优化升温控制模型图以及等于或小于D_L的磨料优化升温控制模型图；

S13、对各种类型的超硬磨料的各种品级的超硬磨料按步骤S1至步骤S10找到长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中拐点L对应的磨料拐点尺寸规格D_L，得到高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表。

优选地，还包括以下步骤：将步骤S13得到的表格与步骤S12得到的两个磨料优化升温控制模型图一起使用，作为超硬磨料产品生产过程检验时，对超硬磨料高温处理测试过程的升温控制依据。

优选地，还包括以下步骤：将步骤S13得到的表格与步骤S12得到的两个磨料优化升温控制模型图一起使用，作为超硬磨料产品订货验收检验时，对超硬磨料高温处理测试过程的升温控制依据。

优选地，所述超硬磨料为金刚石。

优选地，步骤S1中选择的品级为中品级。

优选地，步骤S1中选择的尺寸规格为D₁＝20/25。

优选地，每轮试样份为12份。

优选地，步骤S9中选择的超硬磨料包括立方氮化硼。

本发明还提供了一种所述的方法在超硬磨料冲击韧性测试技术领域中的应用。

(三)有益效果

本发明通过发现超硬磨料升温影响的实际规律，将升温有各种差别过程而不会影响超硬磨料冲击韧性测试结果的那些超硬磨料尺寸规格排除到高温处理升温段控制的范围外，并且找出需要进行升温控制的那些尺寸规格超硬磨料的最小的必要升温时间，建立科学的超硬磨料升温控制模型，使具有快速升温设备的企业对这些规格的超硬磨料不必等待长时间专门的耗时升温，使没有符合规定升温设备的企业也不必去购买专门的升温设备来保证在规定时间内的升温，由此减少企业的生产成本，节约生产时间，提高生产效率。该发明不仅可以用于超硬磨料，对于普通磨料和其他颗粒性产品进行高温处理性能测试的高温处理的升温控制也具有适用性，因为颗粒产品的升温特性具有共同性，它们间的差别只会是不同类型的颗粒产品的控制拐点不同。该发明不仅可以用于超硬磨料，对于普通磨料和其他颗粒性产品进行高温处理性能测试的高温处理的升温控制也具有适用性，因为颗粒产品的升温特性具有共同性，它们间的差别只会是不同类型的颗粒产品的控制拐点不同。

附图说明

图1为超硬磨料传统的升温处理控制时间图；

图2为本发明中长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图；

图3为本发明中超硬磨料尺寸规格大于D_L的升温控制时间优化模型图；

图4为本发明中超硬磨料尺寸规格小于等于D_L的升温控制时间优化模型图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明人发现超硬磨料高温处理升温段时间的不同对其测试的冲击韧性(未破碎率)的影响会随着超硬磨料尺寸规格的变小而减小这样一个规律现象，这个变化存在一个随后尺寸规格磨料与升温时间几乎无关的拐点，该规律及拐点见图2；通过对一些尺寸规格的超硬磨料在高温处理的升温BC段设置不同的升温时间，测试找到升温时间不影响超硬磨料未破碎率的尺寸规格的界限，将这个界限及以下尺寸规格的超硬磨料选择为不需进行升温控制的磨料范围；并且找出升温时间影响其破碎率的那些尺寸规格的超硬磨料的基本升温时间。基于以上发现，本发明提供的一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法具体包括以下步骤：

S1、选择一种超硬磨料(如金刚石)的某个品级(如中品级)尺寸规格大(如D₁＝20/25)的磨料4轮的试样份(如每轮个份数，即4×12＝48份数)，用一轮试样份测试未经过高温热处理时的冲击韧性，获得其未破碎率B₁；

S2、对第二轮超硬磨料试样，将其在图1中BC段从400℃升至1100℃的升温时间设置为5分钟(这是快速升温设备从400℃升至1100℃所需的几乎最短的时间)，其他段的温度控制按图1的要求(超硬磨料高温处理过程的温度控制模型)进行高温处理，将高温处理后的试样进行冲击韧性测试，获得其未破碎率B₂；

S3、对第三轮和第四轮超硬磨料试样，将其在图1中BC段从400℃升至1100℃的升温时间分别设置为15分和30分钟，其他段的温度控制按图1的要求(超硬磨料高温处理过程的温度控制模型)进行高温处理，并测出相应的未破碎率B₃和B₄；

S4、分别计算未经过高温处理的试样的未破碎率B₁与用5分钟、15分和30分钟三种升温时间进行升温再高温处理后的试样未破碎率B₂、B₃和B₄之差δB₅、δB₁₅、δB₃₀；

按公式(1)计算5分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₅＝B₁-B₂ (1)

按公式(2)计算15分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₁₅＝B₁-B₃ (2)

按公式(3)计算30分钟升温时间试样的未破碎率差：

δB₃₀＝B₁-B₄ (3)

S5、用以下公式(4)计算30分钟升温时间试样的未破碎率差δB₃₀与5分钟升温时间试样的未破碎率差δB₅的差δB_30-5，并将计算值用黑实线绘制在图2(长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图)的坐标系中；

δB_30-5＝δB₃₀-δB₅ (4)

S6、用以下公式(5)计算15分钟升温时间试样的未破碎率差δB₁₅与5分钟升温时间试样的未破碎率差δB₅的差δB_15-5，并将计算值用圆点绘制在图2的坐标系中；

δB_15-5＝δB₁₅-δB₅ (5)

S7、对同样品级的其他比步骤S1尺寸规格小的每一尺寸规格的超硬磨料逐一按步骤S1到步骤S6进行测试和计算，将相应的值绘制在图2中，形成图2中的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线；

S8、对除步骤S1所用品级超硬磨料以外的其他品级的各尺寸规格的超硬磨料按步骤S1到步骤S7绘制出其相应品级超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S9、对其他各类的超硬磨料(如立方氮化硼等)按步骤S1到步骤S8绘制出其各品级超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S10、图2中，点划直线AB为长短升温时间未破碎率差的差的零线(即δB_15-5和δB_30-5等于零的线)，点划直线CD为相对于零线的允许测不准的破碎率偏差Δ的界限线。从图2可看出，超硬磨料的δB_5-15曲线和δB_30-5曲线在上升过程有一个拐点，分别为点S和点L，两个拐点是由δB_15-5曲线和δB_30-5曲线分别与点划直线CD相交形成的，该曲线揭露了一个规律，拐点右边或在拐点上的第一个磨料尺寸规格D_L及其以下更细的磨料尺寸规格的升温时间长短的冲击韧性未破碎率差的差趋于零或都在允许的偏差范围内；

S11、从图2可看出，图1中的BC段从400℃升至1100℃的升温时间采用15分钟与采用30分钟，各尺寸规格超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线是非常接近的，没有本质性的差别，说明各种尺寸规格超硬磨料升温15分钟与更长时间的升温的测试结果不变。对于比拐点尺寸规格D_L粗的超硬磨料(在D_L左边的)，应将图1中的原BC段的升温时间改为“升温时间不少于15分钟”，即允许用15分钟升温，或不受限制的更长时间的升温。在拐点尺寸规格D_L及以后的尺寸规格的超硬磨料升温5分钟与升温15分钟和升温30分钟的冲击韧性破碎率差没有本质区别，说明在拐点和过了拐点的尺寸规格的磨料升温5分钟与升温15分钟、30分钟或更长时间的冲击韧性破碎率是等价的，对于拐点尺寸规格D_L及比拐点尺寸规格细的超硬磨料，应将图1中的原BC段的升温时间改为“升温时间不少于5分钟”，即允许用5分钟升温，或不受限制的更长时间的升温；

S12、根据步骤S10和步骤S11的结论，分别绘制磨料尺寸规格大于D_L(即>D_L)的磨料优化升温控制模型图3以及等于或小于D_L(即≤D_L)的磨料优化升温控制模型图4；图3中，t₂到t₃的升温时间为不小于15分钟，图4中，t₂到t₃的升温时间为不小于5分钟；

S13、对各种类型的超硬磨料的各种品级的超硬磨料按步骤S1至步骤S10找到图2中拐点(称为控制拐点)对应的磨料拐点尺寸规格D_L，将其填入“高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表”表1中，将表1与图3和图4一起使用，作为超硬磨料产品生产过程检验或产品订货验收检验时，对超硬磨料高温处理测试过程的升温控制科学依据。一旦将表1及图3和图4建立起来，将对列入表中的各种类型超硬磨料的各种品级磨料生产过程的高温处理升温控制具有长期的有效使用性或指导性。

表1高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表

本发明发现了超硬磨料高温处理升温段时间的不同对其测试的冲击韧性未破碎率的影响会随着超硬磨料尺寸规格的变小而减小且存在与升温时间无关的尺寸规格磨料控制拐点这一规律，创建了反映这一规律的表达数值的算法公式和表达图要素(图2)，建立了控制拐点及其相应磨料尺寸规格确定的方法，构建了控制拐点尺寸规格前端和后端的尺寸规格磨料升温控制时间优化模型图(图3和图4)，设计建立了高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表(表1)。

该发明通过发现超硬磨料升温影响的实际规律，创建了超硬磨料高温处理升温控制时间优化模型图和高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表，可使控制拐点尺寸规格以下(中上颗粒和细颗粒的)占总尺寸规格数的约2/3或3/4尺寸规格的超硬磨料(约十几种尺寸规格的超硬磨料)的高温升温节省10分钟的升温时间(省去了原用时间的2/3)且不需要进行严格的上限时间控制，还使拐点以上(粗颗粒的)尺寸规格数的1/3或1/4尺寸规格的超硬磨料(约4～7种尺寸规格的超硬磨料)的高温升温不需要进行严格的上限时间控制。该发明应用所能节省升温时间的磨料尺寸规格类型占了磨料所有尺寸规格类型的约80％到67％，且使所有尺寸规格的磨料放宽了上限时间的控制。该发明可使企业大大减少企业的生产成本，节约生产时间，提高生产效率，也可使没有符合规定升温设备的企业也不必新增成本去购买专门的升温设备来保证在规定时间内的升温，以减少生产成本。

该发明不仅可以用于超硬磨料，对于普通磨料和其他颗粒性产品进行高温处理性能测试的高温处理的升温控制也具有适用性，因为颗粒产品的升温特性具有共同性，它们间的差别只会是不同类型的颗粒产品的控制拐点不同。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超硬磨料高温处理的升温段控制的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择一种超硬磨料的一个品级、一定尺寸规格的磨料四轮试验所需的试样份，用一轮试样份测试未经过高温热处理时的冲击韧性，获得其第一未破碎率B₁；

S2、对第二轮超硬磨料试样，将其从400℃升至1100℃的升温时间设置为5分钟，其他段的温度控制按超硬磨料高温处理过程的温度控制模型进行高温处理，将高温处理后的试样进行冲击韧性测试，获得其第二未破碎率B₂；

S3、对第三轮和第四轮超硬磨料试样，将其从400℃升至1100℃的升温时间分别设置为15分和30分钟，其他段的温度控制按超硬磨料高温处理过程的温度控制模型进行高温处理，并测出相应的第三未破碎率B₃和第四未破碎率B₄；

S4、分别计算未经过高温处理的试样的第一未破碎率B₁与用5分钟、15分和30分钟三种升温时间进行升温再高温处理后的试样第二未破碎率B₂、第三未破碎率B₃和第四未破碎率B₄之差，第一未破碎率差δB₅、第二未破碎率差δB₁₅、第三未破碎率差δB₃₀；

按公式(1)计算5分钟升温时间试样的第一未破碎率差：

δB₅＝B₁-B₂ (1)

按公式(2)计算15分钟升温时间试样的第二未破碎率差：

δB₁₅＝B₁-B₃ (2)

按公式(3)计算30分钟升温时间试样的第三未破碎率差：

δB₃₀＝B₁-B₄ (3)

S5、用公式(4)计算30分钟升温时间试样的第三未破碎率差δB₃₀与5分钟升温时间试样的第一未破碎率差δB₅的差，第一未破碎率差的差δB_30-5，并将计算值用黑实线绘制在长短升温时间第一未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图的坐标系中；

δB_30-5＝δB₃₀-δB₅ (4)

S6、用公式(5)计算15分钟升温时间试样的第二未破碎率差δB₁₅与5分钟升温时间试样的第一未破碎率差δB₅的差，第二未破碎率差的差δB_15-5，并将计算值用圆点绘制在长短升温时间第二未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图的坐标系中；

δB_15-5＝δB₁₅-δB₅ (5)

S7、对同样品级的其他比步骤S1尺寸规格小的每一尺寸规格的超硬磨料逐一按步骤S1到步骤S6进行测试和计算，将相应的值绘制在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中，形成长短升温时间第一和第二未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线；

S8、对除步骤S1所用品级超硬磨料以外的其他品级的各尺寸规格的超硬磨料按步骤S1到步骤S7绘制出其相应品级超硬磨料的δB_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S9、对其他各类的超硬磨料按步骤S1到步骤S8绘制出其各品级超硬磨料的B_30-5曲线和δB_15-5曲线图；

S10、在长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中，设点划直线AB为长短升温时间未破碎率差的差的零线，即δB_15-5和B_30-5等于零的线，点划直线CD为相对于零线的允许测不准的破碎率偏差Δ的界限线，超硬磨料的δB_15-5曲线和B_30-5曲线在上升过程有一个拐点，分别为点S和点L，两个拐点是由δB_15-5曲线和B_30-5曲线分别与点划直线CD相交形成的，该曲线揭露了一个规律，拐点右边或在拐点上的第一个磨料尺寸规格D_L及其以下更细的磨料尺寸规格的升温时间长短的冲击韧性未破碎率差的差趋于零或都在允许的偏差范围内；

S11、还根据长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图得出以下结论：对于比拐点L尺寸规格D_L粗的超硬磨料，应将400℃升至1100℃的升温时间改为“升温时间不少于15分钟”，对于拐点L尺寸规格D_L及比拐点尺寸规格细的超硬磨料，应将400℃升至1100℃的升温时间改为“升温时间不少于5分钟”；

S12、根据步骤S10和步骤S11的结论，分别绘制磨料尺寸规格大于D_L的磨料优化升温控制模型图以及等于或小于D_L的磨料优化升温控制模型图；

S13、对各种类型的超硬磨料的各种品级的超硬磨料按步骤S1至步骤S10找到长短升温时间未破碎率差的差与试样尺寸规格的曲线图中拐点L对应的磨料拐点尺寸规格D_L，得到高温处理优化升温控制的拐点磨料尺寸规格表。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将步骤S13得到的表格与步骤S12得到的两个磨料优化升温控制模型图一起使用，作为超硬磨料产品生产过程检验时，对超硬磨料高温处理测试过程的升温控制依据。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超硬磨料为金刚石。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中选择的品级为中品级。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中选择的尺寸规格为D₁＝20/25。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，每轮试样份为12份。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S9中选择的超硬磨料包括立方氮化硼。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的方法在超硬磨料冲击韧性测试技术领域中的应用。

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