DE2358640C3

DE2358640C3 - Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis des polykristallinen regulären Bornitrids

Info

Publication number: DE2358640C3
Application number: DE19732358640
Authority: DE
Original assignee: Wsesojusny nautschno-issledowatelskij Institut abrasiwow i schilfowanija, Leningrad (Sowjetunion)
Priority date: 1972-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1977-03-10

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis des polykristallinen regulären Bornitrids. Dabei gehört es zur Erfindung, daß zu dieser Kontrolle ein Verfahren verwendet werden kann, bei dem die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von Ultraschallschwingungen in dem zu prüfenden Erzeugnis gemessen werden und diese gemessenen Werte der Fortpflanzungsgeschwindigkeit entweder mit den entsprechenden gemessenen Werten in einem Musterstück oder mit Standardwerten verglichen werden und Erzeugnisse, die eine gegenüber dem Musterstück bzw. den Standardwerten unterschiedliche Fortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen, zu Ausschuß erklärt werden. Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 26 12 772 bekannt.

Bei diesem bekannten Verfahren geht es um die Feststellung der Länge der Prüflinge sowie um deren inneren Zustand, womit das Vorhandensein von Lunkern, Einschlüssen und dergl. gemeint ist. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt ein Vergleich der gemessenen Werten mit den Meßwerten in einem Musterstück, wobei jede Abweichung als Grund genommen wird, den Prüfling zu verwerfen. Dies geschieht insbesondere wegen der Unmöglichkeit, auf praktikable Weise den Grund für die Abweichung festzustellen.

Ein ähnliches Verfahren ist aus der deutschen Auslegeschrift 10 74 290 bekannt, wo es um die Zugfestigkeit von Grauguß geht und der Vergleich der Meßwerte mit Standardwerten erfolgt.

Die bis jetzt angewandten Verfahren zur Feststellung der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis des polykristallinen regulären Bornitrids, das z. B. als superharter Werkstoff für die Fertigung von Schneidwerkzeugen dient, beruhen auf dem mechanischen Abrieb eines Erzeugnisses und Messung der sich dabei ergebenden Abnutzung, die kennzeichnend für die Verschleißfestigkeit ist Dabei werden zur Zeit als zuverlässigste Methode das Kontrolldrehen mittels eines Werkzeugs aus dem zu prüfenden Material durchgeführt, und zwar unter Bedingungen, die den Betriebsbedingungen möglichst nahekommen.

Zur Bestimmung der Verschleißfestigkeit dient dabei der an der Meißelfreifläche festgestellte Verschleiß.

Nachteilig bei diesem Verfahren der Bestimmung der Verschleißfestigkeit ist, abgesehen von dem erforderlichen Aufwand, daß nur eine Aussage über den jeweils geprüften Erzeugnisteil gemacht werden kann, nicht aber über das ganze Erzeugnis. Außerdem ist das Verfahren mit der Zerstörung des Prüflings verbunden, so daß nur Stichprobenkontrollen der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen aus einem Fertigungslos möglich sind.

Wegen der genannten Umstände ist es bisher nicht möglich, das zu verkaufende Erzeugnis selbst zu prüfen und dadurch zu verhindern, daß Ausschußerzeugnisse zum Verbraucher gelangen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, aufzuzeigen, wie die Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis von polykristallinem regulärem Bornitrid ohne deren Zerstörung kontrolliert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß das Verfahren der eingangs genannten bekannten Art gemäß der Erfindung zur Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis des polykristallinen regulären Bornitrids dient, die dann, wenn letztere eine gegenübe^r dem eine mindestzulässige Verschleißfestigkeit besitzenden Musterstück bzw. den Standardwerten geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen, zu Ausschuß erklärt werden.

Durch dieses erfindungsgemäße Vorgehen ist es möglic ., eine zerstörungslose Prüfung der Erzeugnisse \orzunehmen, was auch eine Massenprüfung ermöglicht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung des vorliegenden Vorschlags wird die geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Erzeugnisses gegenüber dem Musterstück, auf Grund deren das Erzeugnis zu Ausschuß erklärt wird, dadurch ermittelt daß das Erzeugnis an der Oberfläche einer Flüssigkeit erscheint, die so gewählt wird, daß sich das Musterstück darin im Schwebezustand befindet.

Bei diesem Vorgehen braucht nur das Musterstück in einen Behälter mit Flüssigkeit gebracht zu werden, deren Dichte gerade so gewählt ist, daß sich das Musterstück im Schwebezustand befindet. Dann werden die Prüflinge in den gleichen Behälter gebracht, wobei die auftauchenden Erzeugnisse zu Ausschuß erklärt werden, weil sie eine gegenüber dem Musterstück niedrigere Verschleißfestigkeit aufweisen.

Zur Erhöhung der Kontrollqualität ist es zweckmäßig, wenn man das Musterstück und die zu prüfenden Erzeugnisse, bevor sie in die Flüssigkeit eingebracht werden, einer Ultraschallbehandlung in einem in bezug auf hexagonales Bornitrid aktiven Medium unterwirft.

Als aktives Medium wird dabei vorteilhaft eine 50 bis 70%ige Alkalilauge oder Äthylalkohollösung verwendet und die Behandlung dauert 30 bis 60 min bei einer Ultraschallschwingungsintensität von mindestens 4 W/cm².

Nachstehend wird die Erfindung an Hand verschiedener Ausführungsformen der Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Werkstückrohlingen, die für die Fertigung von Schneidwerkzeugen dienen, und eine Schaubilds, das die Abhängigkeit des Verschleißes von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen darstellt, erläutert

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen aus regulärem Bornitrid beruht auf einer festgestellten Gesetzmäßigkeit, bestehend darin, daß der Verschleiß des Erzeugnisses desto größer ist, je kleiner die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen im Werkstückrohling (bzw. Schneidwerkzeug) aus regulärem Bornitrid ist

Zur Festlegung dieser Abhängigkeit wurden zahlreiche Versuche durchgeführt, deren Wesen in folgendem besteht

Mit Hilfe einer Anlage zur Messung der Schwingungsresonanzfrequenz wurde die Eigenschwingungsfrequenz von Werkstückrohlingen gemessen, und dann wurde die Fortplanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen nach den bekannten Verfahren bestimmt, vorausgesetzt, daß Abmessungen von Werkstückrohlingen bekannt sind.

Als Anlage zur Messung der Schwingungsresonanzfrequenz kann man eine in der DT-OS 16 48 770 beschriebene benutzen. Diese Anlage enthält Strahler und Empfänger für Ultraschallschwingungen mit frequenzregelbarem Ultraschallschwingungserzeuger, Resonanz ν erstärker und -anzeiger. Das zu prüfende Erzeugnis wurde in der beschriebenen Anlage untergebracht. Durch Frequenzänderung der erregenden Ultraschallschwingungen stimmte man erregende Schwingungen und Torsions- oder Biegeeigenschwingungen des Er-Zeugnisses auf Resonanz ab, bei der die Eigenschwingungsfrequenz der der erregenden Schwingungen gleich ist Nach der Skala des Generators wurde die Frequenz der erregenden Schwingungen abgelesen. Man bestimmte die geometrischen Abmaße der Werk-Stückrohlinge und ermittelte, wie schon erwähnt wurde, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von elastischen Schwingungen in Werkstückrohlingen nach den bekannten Verhältnissen.

Man fertigte dann Langdrehmeißel aus diesen Werk-Stückrohlingen und prüfte sie beim Zerspannen von hochgehärtetem Stahl mit einer Rockwellhärte von 60 bis 64 HR unter folgenden Schnittbedingungen: v=80m/s, s=0,04mm/Doppelhub, f=0,2mm, 5 min Drehzeit Nach dem beendigten Drehen wurde der Verschleiß an der Meißelfreifläche mit Hilfe eines Werkzeugmikroskops gemessen. Auf Grund dieser Meßangaben baute man ein Schaubild auf, das die Abhängigkeit des Verschleißes von der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen in Werk-Stückrohlingen angibt. Bei diesem Schaubild werden auf der Abszisse die Werte der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen in Werkstückrohlingen (10-⁵cm/s) und auf der Ordinate Verschleißwerte dieser Werkstückrohlinge bei deren Prüfung als Langdrehmeißel aufgetragea Aus dem angegebenen Schaubild ist klar ersichtlich, daß je höher die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen im Werkstückrohling ist, desto weniger sein Verschleiß ist, d. h. desto größer ist seine Verschleißfestigkeit

Zusätzliche Untersuchungen unter anderen Schnittbedingungen haben gezeigt, daß der Gesamtverlauf dieses Schaubilds ganz unwesentlich verändert wird. Dadurch kann man, wenn besonders harte Qualitätsanforderungen an die Kontrolle der Verschleißfestigkeit nicht gestellt werden, unmittelbar dieses Schaubild bei der Kontrolle benutzen. Dabei reicht aus, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen in einem zu prüfendem Erzeugnis zu bestimmen und vermittels des Schaubilds die Verschleißfestigkeit dieses Erzeugnisses (Abnutzung) zu ermitteln. Die Kontrolle der Verschleißfestigkeit läßt sich praktisch unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach den verschiedenen Arbeitsweisen verwirklichen, einige von denen nachstehend erläutert werden.

Beispiel 1. Man stellt ein Musterstück aus regulärem Bornitrid unter solchen Bedingungen her, welche die Fertigung eines Erzeugnisses mit der mindestzulässigen Verschleißfestigkeit sichern. Solch ein Erzeugnis kann man beispielsweise im Laboratorium fertigen. Bei der optimalen Ausführungsform stellt man mehrere Musterstücke her und bestimmt dann die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen in jedem derselben. Man prüft einen Teil dieser Musterstücke als Langdrehmeißel unter gegebenen Bedingungen und ermittelt die Verschleißfestigkeit Des weiteren werden Werkstückrohlinge gewählt, die durch die gleiche Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen gekennzeichnet werden wie der Werkstückrohling, der im Laufe der Prüfungen die mindestzulässige Verschleißfestigkeit ergab. Der gewählte Werkstückrohling dient als Musterstück und kann dann wiederholt verwendet werden. Bei der Kontrolle bestimmt man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen in einem zu prüfenden Werkstückrohling und vergleicht sie mit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen im Musterstück. Erzeugnisse, die sich durch eine höhere gegenüber dem Musterstück Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschallschwingungen auszeichnen, weisen einen Verschleiß auf, welcher kleiner als der höchstzulässige ist.

Beispiel 2. Man stellt ein Musterstück wie im Beispiel 1 beschrieben her. Das Musterstück und zu prüfende Erzeugnisse werden einer Behandlung in einem Ultraschallbad, welches eine Ultraschallschwingungsintensität von mindestens 4 W/cm² sichert, in einem in bezug auf hexagonales Bornitrid aktiven Medium unterworfen. Als solches Medium läßt sich 50 bis 70%ige Alkalilauge oder Äthylalkohollösung benutzen. Die Behandlung erfolgt während 30 bis 60 min.

Nach der Behandlung werden die zu prüfenden Erzeugnisse und das Musterstück gewaschen und getrocknet.

Dann gießt man in einen Behälter eine Flüssigkeit ein, deren Dichte die der zu prüfenden Erzeugnisse übersteigt. Als solche Flüssigkeit kommt Thalliumformiatmalonat zur Verwendung. Man bringt das Musterstück in die Flüssigkeit ein und gibt destilliertes Wasser unter innigem Umrühren zu, bis eine so dichte Flüssigkeit erhalten wird, daß das Musterstück sich im Schwe-

bezustand zwischen dem oberen und dem unteren Flüssigkeitsstand befindet

Danach beschickt man den Behälter mit einem zu prüfenden Los von Erzeugnissen und erklärt Erzeugnisse, die an der Flüssigkeitsoberiiäche erscheinen, zu Ausschuß, weil sie eine niedrigere Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Ultraschailvhwingungen und damit

eine niedrigere Verschleißfestigkeit als das Musterstück aufweisen.

Durch Anwendung der vorgeschlagenen Erfindung läßt sich die 100%ige hochprofuktive Kontrolle des wichtigen Kennwerts Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen aus polykristallinem regulärem Bornitrid unter hoher Genauigkeit durchführen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Verfahrens, bei dem die Fortpflanzungsgeschwindigkeiten von Ultraschal!- schwingungen in einem zu prüfenden Erzeugnis gemessen werden und diese gemessenen Werte der Fortpflanzungsgeschwindigkeit entweder mit den entsprechenden gemessenen Werten in einem Musterstück oder mit Standardwerten verglichen werden· und Erzeugnisse, die eine gegenüber dem Musterstück bzw. den Standardwerten unterschiedliche Fortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen, zu Ausschuß erklärt werden, in kennzeichnender Weise zur Kontrolle der Verschleißfestigkeit von Erzeugnissen auf der Basis des polykristallinen regulären Bornitrids, die dann, wenn letztere eine gegenüber dem eine mindestzulässige Verschleißfestigkeit besitzenden Musterstück bzw. den Standardwerten geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit aufweisen, zu Ausschuß erklärt werden.

2. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 1 in kennzeichnender Weise derart, daß die geringere Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Erzeugnisses gegenüber dem Musterstück, auf Grund deren das Erzeugnis zu Ausschuß erklärt wird, dadurch ermittelt wird, daß das Erzeugnis an der Oberfläche einer Flüssigkeit erscheint, die so gewählt wird, daß sich das Musterstück darin im Schwebezustand befindet.

3. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 2 in kennzeichnender Weise derart, daß man das Musterstück und die zu prüfenden Erzeugnisse, bevor sie in die Flüssigkeit eingebracht werden, einer Ultraschallbehandlung in einem in bezug auf hexagonales Bornitrid aktiven Medium unterwirft.

4. Verwendung eines Verfahrens nach Anspruch 3 in kennzeichnender Weise derart, daß man das Musterstück und die zu prüfenden Erzeugnisse einer Behandlung in 50 bis 7O°/oiger Alkalilauge oder Äthylalkohollösung während 30 bis 60 min bei einer Ultraschallschwingungsintensität von mindestens 4 W/cm² unterwirft.