Zakaj je zaznavanje praznin pomembno v sinterjenih diamantnih segmentih

Vpliv mikro-praznin na zmogljivost segmenta, obratovalno odpornost in celovitost vezi

Majhni zračni žepi znotraj sintranega diamantnega segmenta resnično škodujejo njegovi rezalni učinkovitosti in splošni trdnosti. Te majhne reže postanejo problematična mesta, kjer se med delom kopičijo napetosti, kar lahko pospeši obrabo – včasih celo podvoji. Ko se ti prazni prostori pojavijo ravno tam, kjer se diamanti stikajo s povezovalnim materialom, se celotna povezava oslabi. To pomeni, da diamanti prehitro izpadajo in orodja ne trajajo tako dolgo, kot bi morala. Opazili smo, da segmenti z le 2 % poroznosti pri rezanju granita delujejo približno 15 % počasneje, poleg tega pa je tudi bistveno več vibracij – okoli 25 % več. Drugi velik problem je, da ti prazni prostori praktično čakajo, da se začnejo razvijati razpoke. Pri visokih navorih se s tem poveča verjetnost popolnega odpovedanja orodja. Zato je preverjanje teh skritih napak pred montažo segmentov v uporabo izjemnega pomena. Spremenljivke slabih kosov na začetku zagotavljajo gladko obratovanje in preprečujejo nevarne okvare v prihodnosti.

Izzivi, edinstveni za sintran kompozit iz diamanta: gradient gostote, meje zrnc in omejitve zaznave praznin v obsegu µm

Iskanje praznin v spletkanih diamantnih kompozitih je bolj zahtevno v primeri z navadnimi materiali zaradi motečih razlik v gostoti med diamantnimi zrni in kovinskimi vezivi. Neujemljivost povzroča težave pri ultrazvočnem preizkušanju, saj se signali razpršijo in je težko zaznati majhne praznine pod 50 mikroni. Pri opazovanju meja zrn X–žarki se soočijo tudi s težavami, ker moti uklon. In sploh ne začnimo z majhnimi prazninami, ki se nahajajo v bližini karbidnih delcev in povzročajo lažne alarme. Večina trenutnih preizkusov lahko zazna le tiste, ki so manjši od 10 mikronov, kar morda ne zveni kot veliko, a te majhne režnje resno vplivajo na prenos toplote ter skrajšajo življenjsko dobo orodij. Poleg tega imajo spletkani kompoziti usmerjene lastnosti, zato navadno slikanje ni učinkovito. Potrebujemo boljše 3D tehnike za razlikovanje resničnih por od običajnih sprememb gostote. Ta situacija kaže, da še vedno obstaja velika vrzel v naših postopkih kontrole kakovosti pri izdelavi najvišje kakovostnih rezilnih orodij.

Ultrazvočno testiranje in skenirno akustično mikroskopijo za zaznavanje praznin

Pulzni odmev UT za zaznavanje masivnih praznin in lokalizacijo globine v gostih segmentih

Pulzni odmev ultrazvočnega testiranja deluje zelo dobro pri iskanju zračnih žepov, večjih od približno 100 mikronov, v teh spekanih diamantnih delih. Tehnika pošilja visokofrekvenčne zvočne valove v material in nato meri, kako dolgo trajajo njihovi odbiti odboji. To omogoča tehnikom precej natančno najdbo skritih napak, ponavadi z natančnostjo okoli ±0,1 milimetra. Kar naredi UT tako uporabnega, je dejstvo, da ti zvočni valovi lahko prodrejo tudi skozi dokaj debele materiale. To pomeni, da delavci v tovarnah lahko pregledajo te trdne diamantno-kovinske kompozite, ne da bi jih morali razrezati, samo da bi videli, kaj je notri. Lahko enostavno preiskujejo celotne dele hkrati in ugotovijo, kje se morebitne napake skrivajo.

Skenirno akustično mikroskopijo (SAM) za zaznavanje praznin v mikrometrskem merilu z visoko ločljivostjo na mejah med diamantom in vezivom

Akustično mikroskopiranje z razpršenjem, ali krajše SAM, nam omogoča bistveno bolj podrobno analizo majhnih praznin med diamanti in vezivnimi materiali. Sistem dejansko zazna napake do približno 10 mikrometrov velikosti. Ko namestimo fokusirane pretvornike v posebne rezervoarje, napolnjene s tekočino, SAM ustvari podrobne slike C-skeniranja, ki prikazujejo, kje so se vezi pretrgale in kje je prisotna prevelika poroznost zaradi razlik v odboju zvočnih valov. Resnično pomembno pa je, da sistem odkrije območja, kjer se zaradi teh majhnih praznin manjših od 50 mikrometrov kopičijo napetosti. In kaj se zgodi? Te majhne napake pogosto povzročijo predčasno okvaro orodij med abrazivnim rezanjem, zgodnje odkrivanje pa prihrani tako čas kot denar za zamenjave.

Rentgenska radiografija in računalniška tomografija za odkrivanje in kvantifikacijo praznin

Digitalna radiografija za hitro presejanje praznin in oceno porazdelitve velikosti

Digitalna rentgenska slika omogoča hitro preverjanje prisotnosti zračnih mehurčkov v spekanih diamantnih delih na velikem obsegu. Postopek ustvari dvodimenzionalne slike, ki prikazujejo območja z nižjo gostoto, kar ponavadi pomeni prisotnost praznin. Večina proizvajalcev ugotovi, da ta metoda odlično ustreza za odkrivanje napak, večjih od približno 50 mikrometrov, ter za hitro oceno razporeditve teh napak skozi različne serije v le nekaj minutah. Zato jo mnoge tovarne uporabljajo kot prvo metodo pri preverjanju kakovosti izdelkov. Obstaja pa tudi ena pomembna slabost, ki si zasluži omenitev. Ker digitalna radiografija ne ponuja veliko informacij o globini, se manjše luknje, skrite pod drugimi strukturami, pogosto sprehajajo mimo opazovanja. To lahko predstavlja težavo še posebej pri kompleksnih geometrijah, kjer se strukture na sliki prekrivajo.

Mikro-CT za tridimenzionalno preslikavo praznin, kvantifikacijo volumnske poroznosti in analizo morfologije

Mikro-računalniška tomografija (mikro-CT) omogoča celovite 3D rekonstrukcije notranjih struktur segmentov s pomočjo tisočev radiografskih projekcij. Ta metoda omogoča:

• Natančno merjenje volumnske poroznosti do 0,1 %
• Podrobno analizo oblike, orientacije in površinske teksture praznin
• Prostorsko preslikavanje skupin praznin v bližini kritičnih vmesnikov
  Z razliko od 2D metod, mikro-CT zazna skrite praznine za gostimi fazami ter kvantificira njihov vpliv na strukturno celovitost. Z ločljivostjo do 500 nm omogoča neposredno povezavo med lastnostmi praznin in opaženimi vzorci obrabe ali lomov.

Izbira primernega načina za zaznavanje praznin: praktična navodila za proizvajalce

Izbira prave tehnike za zaznavanje praznin je odvisna predvsem od tega, kako pomembna je podrobnost v primerjavi s hitrostjo pridobivanja rezultatov. Mikro CT daje odlične rezultate, kadar so potrebni podrobni 3D pogledi porazdelitve praznin ali kvantifikacija poroznosti pod 5 mikroni. Razločnost v območju 0,1 do 1 mikron omogoča vpogled v strukture materialov, ki jih druge metode ne morejo doseči, pri čemer so proizvajalci poročali o uspešnosti okoli 92 % pri odkrivanju skritih napak celo v zelo trdnih materialih. Kadar je hitrost pomembnejša od globine analize, digitalna radiografija zazna praznine večje od 30 mikronov s hitrostjo 15 do 30-krat višjo kot mikro CT, čeprav ne pove natančno, kje se te praznine nahajajo pod površjem. Če nas najbolj skrbi integriteta spojev med plastmi, skenirna akustična mikroskopija (SAM) zazna majhne praznine velikosti že 1 mikron na določenih mestih, medtem ko pulzno ehoska ultrazvočna metoda učinkovito obravnava večje praznine nad 50 mikronov po celotnih presekih. Rezultate vedno preverite z različnimi metodami, na primer primerjavo rezultatov SAM z modeli mikro CT, da ne spregledate ničesar pomembnega. Ne pozabite niti na praktične vidike – cene opreme se močno razlikujejo, nekatere tehnike delujejo bolje na manjših vzorcih kot na velikih serijah, in premislite, ali tradicionalna metalografska analiza še vedno velja za primerno za potrditev standardov kontrole kakovosti.