CN113176169A - 一种磨料性能评价指标及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种磨料性能评价指标及其测试方法，利用钢球或陶瓷球对磨料进行研磨加工，测试钢球或陶瓷球的质量或尺寸变化。在球磨过程中，钢球对磨料实施研磨作用，同时磨料对钢球也进行研磨加工（球磨罐的损耗忽略不计），因此，利用材质均匀、大小相同、硬度可控的钢球或陶瓷球的质量或尺寸变化来表征磨料的研磨性能行之有效。钢球或陶瓷球的尺寸或质量变化越大，表明磨料的研磨性能越高。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具领域，具体涉及一种磨料性能评价指标及其测试方法。
背景技术
我国是磨料磨具生产大国。由于硬度高，磨料可以加工各种硬度的材料，被广泛应用于磨具及机械磨削抛光加工领域，被誉为“工业牙齿”。磨料的材质、粒度、形状、单颗粒抗压强度和球磨韧性等指标对其应用性能的发挥起着关键性作用，因此磨料生产企业和使用企业对这些指标均有严格的管控要求。其中，单颗粒抗压强度是指处于静止状态下的单颗粒磨料产生完全破碎所需要的试验力，与磨料的颗粒形状、表面状态、破碎方式、结晶状态等有关，对磨料的使用性能有着重要的影响；球磨韧性是指磨料抵抗破碎的能力，是磨料的一项关键技术参数，与化学成分、形状、粒度、结晶状态有着密切的关系。目前，磨料的球磨韧性的测试主要依据《普通磨料 球磨韧性测定方法》（GB/T 23538-2009）中规定的方法进行测试，该方法涉及的试验装置主要有筛机、试验筛、球磨韧性测定装置、钢球、天平等，利用磨料抵抗钢球对其研磨作用的能力来表征磨料球磨韧性，具体测试步骤如下：
（1）试样的制备；
（a）取试样500g，均分成两份，每份250g；
（b）试样干燥。将待测试样置于烘箱中，于（110±5）℃下干燥1h，冷却至室温；
（c）依据试样的粒度号，选择相应的试验筛，取一份试样（250g）置于选定的顶层试验筛上，在筛机上筛分10min；
（d）把第三层试验筛上存留的全部磨料取出，其余试验筛上的磨料清除干净，然后将第三层试验筛上存留的全部磨料重新置于选定的顶层试验筛上，在筛机上再筛分10min；
（e）把经过两次筛分（共筛分20min）后第三层试验筛上存留的磨料取出作为球磨试验用试样。如果经两次筛分后第三层试验筛上存留的磨料质量小于100g，可以在步骤（a）中适当增加试样量直至保证收集的试样质量不小于100g。
（2）球磨试验
（a）准确称量100g按照（1）中制备的球磨试验用试样（精确至0.1g），放入球磨罐中；
（b）在球磨罐中放入（1000±20）g钢球；
（c）按照标准规定的回转次数利用球磨韧性试验装置对试样进行球磨；
（d）将球磨罐取下，取出罐中的物料，利用刷子把球磨罐和钢球刷净，收回球磨后的试样；
（e）准确称量回收的球磨后的试样质量M1（精确至0.1g），如果球磨后的试样回收质量不足99g，应重做；
（f）把球磨后的试样用选定的同一筛机进行筛分，时间为5min；
（g）筛分完成后，准确称量第三层试验筛上存留的试样的质量m1（精确值0.1g）；
（h）按照相同步骤（1）和（2）对另一份试样（250g）进行处理，获得数据M2和m2。
（3）数据处理
按照公式：球磨韧性值=（m1+m2）/（M1+M2）*100%。
单颗粒抗压强度是磨料的静态指标，与磨料实际使用过程中不断受到动态冲击力的状态偏离较大，指导磨料的使用作用有限。标准规定的磨料球磨韧性虽然接近磨料的使用状态，但测试方法具有以下几点不足：
（1）改变了试样的原始状态。由于试样制备环节的存在，导致实际测试的样品为试样中的基本粒，而非试验原始状态，导致测试结果对试样的实际使用效果的指导意义大打折扣；
（2）操作步骤繁琐。由操作方法可知，该测试方法存在筛分、称量等多次重复劳动，工序繁杂，且劳动强度较大；
（3）涉及影响因素较多。该测试方法涉及筛机、试验筛、球磨韧性试验装置、球磨罐、钢球、电子秤等装置，且均存在不同程度的损耗和误差，测试过程难以管控，导致测试结果的稳定性较差。
因此，球磨韧性偏离磨料的实际使用状态也较大，难以有效表征磨料的使用性能。
基于以上分析，研制能够反映磨料实际使用性能的评价指标及其高效测试方法是困扰行业的一项共性难题。
发明内容
为解决综合表征磨料性能的评价指标及其测试方法缺失的问题，本发明提出了一种磨料性能评价指标及其测试方法，利用磨料研磨性能作为表征磨料性能的综合评价指标，磨料研磨性能是指磨料试样与研磨介质材料在动态下相互研磨，用研磨介质的损失量比例表征试样研磨性能。
实现本发明的技术方案是：
借鉴磨料的球磨韧性指标，由于试样是一种由形状不同、大小各一的磨粒构成的磨粒群，利用试样磨料的粒度变化直接表征试样的球磨韧性比较困难。在球磨过程中，钢球对磨料实施研磨作用，同时磨料对钢球也进行研磨加工（球磨罐的损耗忽略不计），因此，利用材质均匀、大小相同、硬度可控的钢球或陶瓷球的质量或尺寸变化来表征磨料的研磨性能行之有效。钢球或陶瓷球的尺寸或质量变化越大，表明磨料的研磨性能越高。
具体操作如下：
（1）取一定质量（20-1000g）的磨料试样（无需筛分）烘干后直接装入球磨罐中；
（2）将一定尺寸D（直径1-20mm）、质量M（球料比=1:3～3:1）、硬度（HRC=30～60）的钢球或陶瓷球装入球磨罐中；
（3）利用球磨韧性测试装置球磨一定时间（5-10min）；
（4）取下球磨罐，取出钢球或陶瓷球并清洗干净，测量其质量m1；
（5）以上步骤重复1次，称取钢球质量m2；
（6）计算并表征磨料的球磨韧性：磨料研磨性能=[1-(m1+m2)/2M]*100%。
本发明的有益效果是：
（1）试样为原始状态。因未对试样进行筛分等处理，试样为原始状态，测试结果更逼近磨料的实际使用效果，因而具有更强的指导意义；
（2）操作简便。本专利中的测试方法无需重复性筛分、称量等操作，程序简单，操作简便，劳动强度低；
（3）测试过程涉及因素较少。测试过程涉及到的装置主要有球磨试验装置、球磨罐、钢球或陶瓷球、电子天平，且均易控制，尤其是主要的研究对象钢球或陶瓷球，其材质、尺寸、硬度等均可控，测试结果更稳定可靠，具有较高的可比性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
棕刚玉研磨性能表征方法，步骤如下：
（1）取1000g粒度为F16的棕刚玉磨料试样（无需筛分），在烘箱110℃条件下烘干1h，然后后直接装入球磨罐中；
（2）将直径20mm、质量200g、硬度（HRC=45～50）的钢球装入球磨罐中；
（3）利用球磨韧性测试装置球磨一定时间（10min）；
（4）取下球磨罐，取出钢球并清洗干净，称量其质量m1=199.973g；
（5）重复以上步骤，称取钢球质量m2=199.977g；
（6）计算并表征磨料的球磨韧性：磨料球磨韧性=1-(199.973+199.977)/2*1000*100%=0.012%。
实施例2
氧化铝研磨性能表征方法，步骤如下：
（1）取500g粒度为46#的氧化铝磨料试样（无需筛分），在烘箱110℃条件下烘干30min，然后后直接装入球磨罐中；
（2）将直径8mm、质量100g、硬度（HRC=45～50）的钢球装入球磨罐中；
（3）利用球磨韧性测试装置球磨一定时间（5min）；
（4）取下球磨罐，取出钢球并清洗干净，称量其质量m1=99.992g；
（5）重复以上步骤，称取钢球质量m2=99.994g；
（6）计算并表征磨料的球磨韧性：磨料球磨韧性=1-(99.992+99.994)/2*100*100%=0.007%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种磨料性能测试方法，其特征在于：利用钢球或陶瓷球对磨料进行研磨加工，测试钢球或陶瓷球的质量或尺寸变化。
2.根据权利要求1所述的磨料性能测试方法，其特征在于，步骤如下：
（1）取一定质量的磨料试样烘干后直接装入球磨罐中；
（2）将质量为M的钢球或陶瓷球装入球磨罐中；
（3）利用球磨韧性测试装置球磨；
（4）取下球磨罐，取出钢球或陶瓷球并清洗干净，测量其质量m1；
（5）以上步骤重复1次，称取钢球质量m2；
（6）计算磨料的球磨韧性：磨料研磨性能=[1-(m1+m2)/2M]*100%。
3.根据权利要求2所述的磨料性能测试方法，其特征在于：所述步骤（2）中钢球或陶瓷球的直径为1-20mm，球料比为（1:3）～（3:1），硬度HRC为30～60。
4.根据权利要求2所述的磨料性能测试方法，其特征在于：所述步骤（3）中球磨5-10min。
5.根据权利要求1-4所述的磨料性能测试方法，其特征在于：利用该方法测得的球磨韧性评价磨料性能。
6.根据权利要求5所述的磨料性能测试方法，其特征在于：钢球或陶瓷球的尺寸或质量变化越大，表明磨料的研磨性能越高。
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| CN103018140A (zh) * | 2012-12-05 | 2013-04-03 | 平顶山易成新材料股份有限公司 | 一种碳化硅微粉耐磨性与磨削性的检测方法 |
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| 彭振宇等: "普通磨料球磨韧性测量方法及其误差分析", 《金刚石与磨料磨具工程》 * |
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