Miksi onttojen havaitseminen on tärkeää sinteröidyissä timanttisegmenteissä

Mikro-onttojen vaikutus segmentin suorituskykyyn, kulumisvastukseen ja sidoksen eheyteen

Pienet ilmakuplat sintrattujen timanttisegmenttien sisällä heikentävät leikkuutehokkuutta ja yleistä lujuutta merkittävästi. Nämä pienet aukot muodostuvat ongelmakohdiksi, joihin syntyy jännitystä käytön aikana, mikä voi nopeuttaa kulumista usein jopa kaksinkertaisesti. Kun nämä huokoset ilmenevät juuri siinä kohdassa, missä timantit kohtaavat sidemateriaalin, koko liitos heikkenee. Tämä tarkoittaa, että timantit irtoavat liian aikaisin, ja työkalut eivät kestä läheskään niin kauan kuin niiden pitäisi. Olemme havainneet, että segmenteillä, joissa on vain 2 % huokoisuus, leikkausteho on noin 15 % hitaampi graniitin läpäisemisessä, ja lisäksi värähtely on huomattavasti suurempaa – noin 25 % enemmän. Toinen suuri ongelma on, että nämä huokoset ovat käytännössä halkeamien alkuperä. Suurta vääntömomenttia aiheuttavissa tilanteissa tämä lisää kokonaisten työkaluvikojen riskiä. Siksi piilotettujen virheiden tarkistaminen ennen segmenttien käyttöönottoa tekee niin suuren eron. Huonojen osien tunnistaminen varhain pitää kaiken toimimassa sujuvasti ja estää vaaralliset vauriot myöhemmin.

Tiivistetyistä timanttikomposiiteista johtuvat ainutlaatuiset haasteet: tiheyden gradientit, rakeiden rajapinnat ja mikromittakaavan huokosten havaitsemisrajat

Sinteröityjen timanttikomposiittien sisällä olevien huokosten löytäminen on vaikeampaa verrattuna tavallisiin materiaaleihin, koska timanttirakeiden ja metallisidosten tiheyserot aiheuttavat ongelmia. Epäjohdonmukaisuus hajottaa ultraäänitestauksen signaaleja, mikä tekee alle 50 mikronin kokoisten huokosten havaitsemisesta vaikeaa. Kun tarkastellaan rakeiden rajapintoja, myös röntgensäteilyllä on ongelmia, koska diffraktio sekoittaa kuvan. Älkääkä edes puhuko niistä pienistä huoksista, jotka peseytyvät karbidipartikkelien läheisyyteen ja aiheuttavat virhehälytyksiä. Useimmat nykyiset testit tuskin havaitsevat mitään alle 10 mikronin kokoisia rakenteita, mikä ei ehkä kuulosta paljolta, mutta uskokaa minua, nämä pikku aukot häiritsevät tehokkaasti lämmönsiirtoa ja lyhentävät työkalujen käyttöikää. Lisäksi sinteröidyllä komposiitilla on suuntariippuvia ominaisuuksia, joten perinteinen kuvantaminen ei riitä. Tarvitsemme parempia 3D-menetelmiä erottamaan todelliset huokoset normaaleista tiheyden vaihteluista. Tämä tilanne osoittaa, että laadunvalvonnassa on vielä suuri puute huippuluokan leikkuutyökalujen valmistuksessa.

Tyhjyyksien havaitseminen ultraäänentestausta ja skannaavaa akustista mikroskopiaa käyttäen

Pulssieko-UT massiivisten tyhjyyksien havaitsemiseen ja syvyyssijainnin määrittämiseen tiheissä segmenteissä

Pulssiekoultraäänentestaus toimii erittäin hyvin, kun etsitään ilmakuplia, jotka ovat noin 100 mikrometriä suurempia näissä sintrattuihin timanttiosiin. Menetelmä lähettää korkeataajuista ääntä materiaaliin ja mittaa, kuinka kauan kestää, että se heijastuu takaisin. Tämä mahdollistaa piilotuotteiden löytämisen varsin tarkasti, yleensä noin 0,1 millimetrin tarkkuudella. UT:n hyödyllisyyden taustalla on se, että nämä ääniaallot pystyvät etenemään melko paksujen materiaalien läpi. Tämä tarkoittaa, että tehdastyöntekijät voivat tarkistaa kovia timantti-metalliyhdistelmiä leikkaamatta niitä auki vain nähdäkseen sisällä olevaa. He voivat käytännössä skannata koko osia kerrallaan ja paikantaa, missä ongelmia saattaa piillä.

Skannaava akustinen mikroskopia (SAM) korkearesoluutioiseen mikrometrin tarkkuudella tapahtuvaan tyhjyyksien havaitsemiseen timantti-sidosaine -rajapinnoilla

Äänimikroskopia eli lyhyemmin SAM antaa huomattavasti tarkemman kuvan pienten tyhjyyksien osalta timanttien ja niiden sitomisaineiden välillä. Järjestelmä pystyy todella tunnistamaan virheitä noin 10 mikrometrin kokoisina. Kun keskitetyt muuntimet sijoitetaan erityisiin nesteellä täytettyihin säiliöihin, SAM tuottaa yksityiskohtaisia C-skenaustekuvia, jotka näyttävät, missä sidokset ovat rikkoutuneet ja missä on liiallista huokoisuutta ääneaaltojen erilaisista heijastumisista johtuen. Tämä on erityisen arvokasta, koska se paljastaa alueet, joissa jännitys kertyy näistä alle 50 mikrometrin kokoisista tyhjyyksistä. Ja tiedätkö mitä? Nämä pienet ongelmat johtavat usein työkalujen ennenaikaiseen rikkoutumiseen hiontaoperaatioissa, joten niiden varhainen havaitseminen säästää sekä aikaa että rahaa vaihtojen osalta.

Röntgenradiografia ja laskennallinen tomografia tyhjyyksien havaitsemiseksi ja määrittämiseksi

Digitaalinen radiografia nopeaan tyhjyyksien seulontaan ja koon jakauman arviointiin

Digitaalinen röntgenkuvantaminen mahdollistaa ilmakuplien seulonnan sintrattujen timanttiosien sisältä suurella mittakaavalla varsin nopeasti. Menetelmä tuottaa kaksiulotteisia kuvia, jotka näyttävät alueet, joissa tiheys on matalampi, mikä yleensä tarkoittaa, että niissä on onteloita. Useimmat valmistajat huomaavat, että tämä menetelmä toimii erinomaisesti virheiden havaitsemisessa, kun ne ovat noin 50 mikrometriä suurempia, ja antaa nopean käsityksen siitä, miten nämä virheet ovat jakautuneet eri erissä muutamassa minuutissa. Siksi monet tehtaat käyttävät sitä ensimmäisenä tuotelaadun tarkistuksessa. Mutta tässä on yksi merkittävä haittapuoli, joka on syytä mainita. Koska digitaaliradiografia ei anna paljon tietoa syvyydestä, pienet reiät, jotka piiloutuvat muiden rakenteiden alle, jäävät usein huomaamatta. Tämä voi olla ongelma erityisesti monimutkaisten geometrioiden kohdalla, joissa rakenteet peittävät toisensa kuvassa.

Mikro-CT 3D-ontelokartoitukseen, tilavuusporositeetin määritykseen ja morfologia-analyysiin

Mikrotietokonetomografia (micro-CT) tuottaa kattavia 3D-rakenteita sisäisistä segmenttirakenteista käyttäen tuhansia röntgenprojektioita. Tämä menetelmä mahdollistaa:

• Tarkan tilavuusporositeetin mittaamisen aina 0,1 %:iin asti
• Yksityiskohtaisen analyysin tyhjien tilojen muodosta, suunnasta ja pinnan tekstuurista
• Tyhjien kohtausten paikkajakauman kartoittamisen lähellä kriittisiä rajapintoja
  Toisin kuin 2D-menettelyt, micro-CT havaitsee piilotetut tyhjät tiheiden vaiheiden takana ja määrittää niiden vaikutuksen rakenteelliseen eheyteen. Resoluutiolla, joka saavuttaa 500 nm, se mahdollistaa suoran yhteyden tyhjien ominaisuuksien ja havaittujen kulumis- tai murtumismallien välillä.

Oikean tyhjien tunnistusmenetelmän valinta: Käytännön ohjeet valmistajille

Oikean tyhjän tilan havaitsemisen menetelmän valitseminen riippuu siitä, kuinka tärkeää on yksityiskohtien taso verrattuna siihen, kuinka nopeasti tarvitaan vastauksia. Mikro-CT toimii erinomaisesti, kun joku tarvitsee yksityiskohtaisia 3D-näkymiä tyhjien tilojen jakautumisesta tai haluaa määrittää huokoisuuden alle 5 mikrometriä. Resoluusiota 0,1–1 mikrometriä käyttämällä saadaan tietoa materiaalirakenteista, joihin muut menetelmät eivät pysty vastaamaan, ja monet valmistajat ovat nähneet noin 92 prosentin onnistumisasteen piiloviivojen löytämisessä jopa erittäin kovista materiaaleista. Tilanteissa, joissa nopeus on tärkeämpää kuin syvyys, digitaalinen radiografia tarkistaa yli 30 mikrometrin kokoisia tyhjiä tiloja 15–30 kertaa nopeammin kuin mikro-CT, vaikka se ei kerro tarkalleen, missä nämä tyhjät tilat sijaitsevat pinnan alla. Jos kerrosten välinen liitoslujuus on päähuoli, skannaava akustinen mikroskopia (SAM) voi havaita pieniä tyhjiä tiloja aina 1 mikrometrin kokoisina tietyissä kohdissa, kun taas pulssieko-ultraäänit tutkivat suurempia tyhjiä tiloja yli 50 mikrometrin kokoisina koko osien alueella. Tarkista aina tulokset ristiin eri menetelmillä, kuten vertaamalla SAM-tuloksia mikro-CT-malleihin, jotta mitään tärkeää ei jäisi huomaamatta. Älä unohda myöskään käytännön asioita – laitteiden hinnat vaihtelevat huomattavasti, jotkut tekniikat toimivat paremmin pienemmissä näytteissä kuin suurissa erissä, ja kannattaa pohtia, tekeekö perinteinen metallografia mieletöntä varmistettaessa laadunvalvontastandardeja.