JB/T 3235-2013 聚晶金刚石磨耗比测定

JB/T 3235-2013《聚晶金刚石磨耗比测定方法》标准解析

标准概述

标准编号：JB/T 3235-2013

发布机构：中华人民共和国工业和信息化部

实施日期：2014年7月1日

替代标准：替代JB/T 3235-1999

适用范围：本标准规定了聚晶金刚石（PolycrystallineDiamond,PCD）复合片磨耗比的测定方法，适用于以硬质合金为基体、金刚石微粉为原料通过高温高压烧结制成的PCD材料，用于评估其耐磨性能及加工稳定性。

术语与定义

聚晶金刚石（PCD）：由金刚石微粉在金属结合剂（如钴、镍）作用下，经高温高压（≥5GPa、1400℃）烧结而成的多晶材料，具有高硬度、高耐磨性和良好导热性。

磨耗比（Wear Ratio,WR）：在标准磨削条件下，PCD试样与标准磨轮（如碳化硅砂轮）的体积磨损量之比，反映PCD的耐磨性能。

计算公式：

WR=V磨轮VPCD

其中：$ V_{\text{PCD}} $为PCD试样磨损体积，$ V_{\text{磨轮}} $为磨轮磨损体积。

3. 标准磨轮：符合GB/T2492规定的碳化硅砂轮（粒度F46-F60，硬度K-L级），用于提供稳定的磨削性能。

试验原理

在恒定磨削参数（如载荷、转速、进给量）下，PCD试样与标准磨轮进行对磨，通过测量双方磨损体积计算磨耗比。磨耗比值越高，表明PCD耐磨性越强，适用于加工高硬度材料（如硬质合金、陶瓷、复合材料）。

试验设备与材料

1. 设备要求

磨耗比试验机：

主轴转速：可调范围500-3000 r/min，精度±10r/min。

加载装置：能提供恒定法向力（50-500 N），精度±2 N。

冷却系统：配备喷淋装置，冷却液流量≥5L/min（常用乳化液或水基冷却液）。

测量工具：

工具显微镜或激光扫描仪：用于测量试样磨损前后尺寸，精度0.001mm。

电子天平：称量磨轮磨损质量，精度0.1 mg。

2. 试样制备

尺寸：PCD试样为圆柱形，直径Φ10±0.1 mm，高度5±0.05mm；硬质合金基体厚度≥2 mm。

表面处理：

试样端面需精密磨削，表面粗糙度Ra≤0.2 μm。

磨轮需经平衡校正，端面跳动≤0.02 mm。

3. 标准磨轮

规格：外径Φ150 mm，内径Φ32 mm，厚度20mm，粒度F46（碳化硅）。

预处理：使用前需在试验机上空转10 min，以消除表面杂质。

试验步骤

1. 初始测量

试样称重：用电子天平记录PCD试样初始质量m0（至0.1 mg）。

尺寸测量：用工具显微镜测量试样直径d0和高度h0，计算初始体积V0：

V0=π(2d0)2h0

磨轮称重：记录磨轮初始质量M0。

2. 对磨试验

参数设置：

主轴转速：1500 r/min（常规条件）或根据材料调整。

法向载荷：200 N（推荐值，可根据PCD牌号调整）。

磨削时间：60 min（或至试样磨损量≥0.1 mm）。

冷却方式：持续喷淋冷却液。

操作要求：

试样与磨轮端面接触，确保磨削区域均匀。

每15min暂停检查试样温度（≤80℃），避免过热导致金刚石石墨化。

3. 磨损后测量

试样测量：重复初始测量步骤，记录磨损后质量m1和尺寸d1、h1，计算磨损体积VPCD：

VPCD=V0−π(2d1)2h1

磨轮测量：

方法一：称重法（推荐）：记录磨轮磨损后质量M1，计算磨损质量ΔM=M0−M1，再通过密度换算为体积V磨轮（碳化硅密度≈3.2g/cm³）。

方法二：轮廓法：用激光扫描仪测量磨轮端面磨损凹槽体积。

4. 数据处理

计算磨耗比WR：

WR=V磨轮VPCD

取3次平行试验结果的算术平均值作为Zui终值，相对偏差≤10%。

试验条件控制

1. 环境要求

温度：20±5℃，湿度≤65%。

振动：试验台振动加速度≤0.01 g（避免影响磨削稳定性）。

2. 磨削参数优化

载荷影响：载荷增加会提高磨削效率，但可能导致PCD表面损伤，需根据材料硬度选择（软质PCD用低载荷，硬质PCD用高载荷）。

转速影响：转速过高会加剧磨轮磨损，推荐范围1000-2000r/min。

冷却液：需保持流量稳定，避免局部过热导致金刚石石墨化（石墨化会显著降低磨耗比）。

结果判定

合格标准：磨耗比值应符合产品技术要求（如某牌号PCD要求WR≥50,000）。

异常处理：

若单次试验结果偏离平均值＞15%，需重新试验。

若磨轮磨损不均匀（如端面凹槽深度差＞0.05mm），需更换磨轮并重新校准设备。

应用场景

刀具制造：评估PCD刀片耐磨性，优化切削参数（如加工铝合金、复合材料时的进给速度）。

地质钻探：测试PCD钻头耐磨性，预测使用寿命（如钻探硬岩层）。

材料研发：对比不同结合剂（钴、镍、钛）对PCD耐磨性的影响，指导配方优化。

质量控制：作为PCD复合片出厂检验项目，确保产品一致性。