Hvorfor det er vigtigt at påvise huller i sinterede diamantsegmenter

Indflydelse af mikrohuller på segmenters ydeevne, slidstyrke og bindingens integritet

Små luftlommer inden i sinterede diamantsegmenter skader betydeligt deres skæreevne og overordnede styrke. Disse små huller bliver problemområder, hvor spændinger opbygges under brug, hvilket kan fordoble slidet i nogle tilfælde. Når disse huller optræder lige der, hvor diamanterne møder bindematerialet, bliver forbindelsen i sin helhed svagere. Det betyder, at diamanterne begynder at falde ud for tidligt, og værktøjerne ikke holder nær så længe som de burde. Vi har set segmenter med kun 2 % porøsitet yde ca. 15 % langsommere ved skæring i granit, og der er også væsentligt mere vibration – omkring 25 % ekstra. Et andet stort problem er, at disse huller i princippet er klar til at danne revner. Under høje drejningsmomenter øges risikoen for totalt værktøjsbrud. Derfor gør det stor forskel at kontrollere for disse skjulte fejl, inden segmenter tages i brug. At finde defekte eksemplarer tidligt sikrer en jævn drift og forhindrer farlige fejl senere hen.

Udfordringer, der er unikke for sintrede diamantkompositmaterialer: densitetsgradienter, korngrænseflade og tomhedsdetektionsgrænser i μm-skala

At finde huller i sinterede diamantkompositter er mere udfordrende sammenlignet med almindelige materialer på grund af de irriterende densitetsforskelle mellem diamantkorn og metalbindemidler. Uoverensstemmelsen skaber problemer for ultralydtestning, da signaler spredes, hvilket gør det svært at opdage små huller under 50 mikron. Når man ser på korngrænser, løber røntgen også ind i problemer, da diffraktion kommer i vejen. Og ikke at tale om de små huller, der befinder sig nær carbiddeltager, og som nærmest skriger falsk alarm. De fleste nuværende test kan knap nok registrere noget mindre end 10 mikron, hvilket måske ikke lyder som meget, men tro mig, disse små mellemrum ødelægger varmeledningen og forkorter værktøjets levetid betydeligt. Desuden har sinterede kompositter disse retningsbestemte egenskaber, så almindelig billeddannelse ikke er tilstrækkelig. Vi har brug for bedre 3D-teknikker til at skelne mellem ægte porer og normale densitetsvariationer. Denne situation viser tydeligt, at der stadig er et stort hul i vores kvalitetskontrolprocedurer for fremstilling af førsteklasses skæreværktøjer.

Ultralydtestning og skannende akustisk mikroskopi til registrering af hulrum

Puls-ekko ultralyd til registrering af bulkhulrum og dybdeplacering i tætte segmenter

Puls-ekko ultralydtestning fungerer rigtig godt, når man leder efter luftlommer større end ca. 100 mikron i disse sinterede diamantdele. Metoden sender højfrekvente lydbølger ind i materialet og måler derefter, hvor lang tid det tager for dem at blive reflekteret tilbage. Dette giver teknikere mulighed for præcist at finde skjulte fejl, typisk inden for ca. 0,1 millimeter. Det, der gør ultralydtestning så nyttig, er, at lydbølgerne faktisk kan trænge igennem ret tykke materialer. Det betyder, at fabriksarbejdere kan undersøge disse hårde diamant-metal-sammensatte materialer, uden at skulle skære dem op for blot at se, hvad der er indeni. De kan grundlæggende skanne hele sektioner på én gang og finde ud af, hvor problemerne måske befinder sig.

Skannende akustisk mikroskopi (SAM) til højopløselig µm-skala registrering af hulrum ved grænseflader mellem diamant og binder

Akustisk skanningmikroskopi, eller SAM for kort, giver os meget bedre detaljer, når vi undersøger små tomrum mellem diamanter og deres bindematerialer. Systemet kan faktisk finde fejl ned til omkring 10 mikrometer i størrelse. Når vi placerer fokuserede transducere i specielle tanke fyldt med væske, skaber SAM detaljerede C-scan-billeder, som viser, hvor bindinger er brudt, og hvor der er for meget porøsitet på grund af forskelle i, hvordan lydbølger reflekteres. Det, der gør dette særligt værdifuldt, er, at det identificerer områder, hvor spænding opbygges fra disse små tomrum, der er mindre end 50 mikrometer. Og gæt hvad? Disse små problemer fører ofte til, at værktøjer bryder ned tidligere end forventet under slibende skæreoperationer, så det er en fordel at opdage dem tidligt, da det sparer både tid og penge på udskiftning.

Røntgenradiografi og computertomografi til påvisning og kvantificering af tomrum

Digital radiografi til hurtig screening af tomrum og vurdering af størrelsesfordeling

Digital røntgenbilleddannelse gør det muligt at screene for luftlommer i sinterede diamantdele storskalat og ret hurtigt. Processen skaber todimensionelle billeder, der viser områder med lavere densitet, hvilket typisk betyder, at der er tomrum til stede. De fleste producenter finder, at denne metode fungerer fremragende til at opdage fejl større end cirka 50 mikrometer og hurtigt få et overblik over, hvordan disse defekter spredes gennem forskellige partier inden for blot få minutter. Derfor bruger mange fabrikker den først, når de kontrollerer produktkvaliteten. Men der er én stor ulempe, som er værd at nævne her. Da digital radiografi ikke giver megen information om dybde, overses ofte mindre huller skjult under andre strukturer. Dette kan være et problem især ved komplekse geometrier, hvor strukturer overlapper hinanden i billedet.

Mikro-CT til 3D-kortlægning af tomrum, volumetrisk porøsitet og morfologianalyse

Mikro-computer-tomografi (micro-CT) giver omfattende 3D-rekonstruktioner af interne segmentstrukturer ved hjælp af tusindvis af røntgenprojektioner. Denne metode gør det muligt at:

• Nøjagtig måling af volumetrisk porøsitet ned til 0,1 %
• Detaljeret analyse af hulrummes form, orientering og overfladetekstur
• Rumlig afbildning af hulrumsagglomerater nær kritiske grænseflader
  I modsætning til 2D-teknikker kan micro-CT påvise skjulte hulrum bag tætte faser og kvantificere deres indvirkning på strukturel integritet. Med opløsninger ned til 500 nm muliggør det en direkte sammenhæng mellem hulrums-karakteristikker og observerede slid- eller brudmønstre.

Valg af den rigtige metode til hulrumsdetektion: Praktiske retningslinjer for producenter

Valg af den rigtige teknik til detektering af hulrum afhænger i virkeligheden af, hvor stor detaljegrad der er afgørende i forhold til, hvor hurtigt vi har brug for svar. Mikro-CT fungerer fremragende, når man har brug for detaljerede 3D-billeder af hulrumsfordelinger eller ønsker at kvantificere porøsitet under 5 mikron. Opløsningen i intervallet 0,1 til 1 mikron giver indsigt i materialestrukturer, som andre metoder simpelthen ikke kan matche, og mange producenter har set en succesrate på omkring 92 % ved at finde skjulte fejl, selv i ekstremt hårde materialer. I situationer, hvor hastighed prioriteres over dybdegående analyse, kan digital radiografi registrere hulrum større end 30 mikron med en hastighed, der er 15 til 30 gange hurtigere end mikro-CT, selvom den ikke kan fortælle os præcist, hvor hulrummene befinder sig under overfladen. Hvis integriteten af forbindelser mellem lag er vores primære bekymring, kan scanning akustisk mikroskopi (SAM) opdage små hulrum ned til 1 mikron på specifikke steder, mens puls-eko ultralyd håndterer større hulrum over 50 mikron på tværs af hele sektioner. Kontroller altid fundne resultater ved hjælp af forskellige metoder, f.eks. ved at sammenligne SAM-resultater med mikro-CT-modeller, for at undgå at overse noget vigtigt. Glem heller ikke de praktiske aspekter – udstyrets pris varierer kraftigt, nogle teknikker fungerer bedre på små prøver end store serier, og overvej, om traditionel metallografi giver mening til at bekræfte kvalitetskontrolstandarder.