一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法及可变角度测试仪器技术

本发明专利技术为一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法及可变角度测试仪器，它对金刚石复合片冲击韧性重新进行标定，以金刚石复合片受到的总冲量作为衡量其冲击韧性的标准，具体的是以金刚石受到冲击之后出现微裂纹时所受到的总冲量来衡量金刚石复合片的冲击韧性；冲击力在实验的过程中易于进行控制达到统一标准，并且可根据实际工况进行对应的调整，这样就使得测试评价与实际工况的映射性更好，整体评价结论的可靠性更高

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法及可变角度测试仪器


[0001]本专利技术涉及到金刚石的检验检测
，具体来说是一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法及可变角度测试仪器
。

技术介绍

[0002]聚晶金刚石复合片是一种由聚晶金刚石微分与硬质合金基底组合烧结而成的复合片
。
其中聚晶金刚石层拥有高硬度，高耐磨性
。
硬质合金基底提供韧性
。
这种复合片在石油地质钻探以及油气开发中应用广泛
。
但由于钻进工程的开发进度，对于钻进设备的技术需求逐渐提高
。
井下复杂的地层和工况使得常规聚晶金刚石复合片在交变载荷的冲击下发生失效破坏，影响了钻进效率和工程进度
。
因此现对聚晶金刚石复合片的冲击韧性提出了新的需求
。
[0003]在研发高性能聚晶金刚石复合片的过程中，其性能检测是出厂环节的重要步骤
。
一套能够反映实际工况并且采集精准
、
评价体系科学的系统可以大大提高研发效率，减少原因测试系统对使用工况不映射和不准确而带来的损失
。
[0004]目前对聚晶金刚石复合片性能的评价主要包括以下几个方面：耐磨性
、
冲击韧性
、
热稳定性
。
其中冲击韧性作为聚晶金刚石复合片的重要性能指标，目前还没有一个能够映射井下实际工况的有效检测手段和评价方法
。
[0005]目前针对聚晶金刚石复合片的冲击韧性检测多通过各类动能赋予手段，赋予冲头动能后通过检测冲头速度和位移等指标约束其冲击过程
。
如在冲击发生后复合片没有发生宏观断裂失效，则上升赋予动能的能量级直到其发生宏观断裂
。
随后通过其完成的冲击次数和冲击能级，加和得到其总吸收动能
E
来代表复合片的冲击韧性
。
[0006]这些冲击方法有很多不足之处
。
首先，宏观失效断裂具有很大的随机性，且裂纹生长过程与复合片的晶界方向有很大关联性，结果方差较大且可重复性差
。
其次，以冲击动能
E
作为评价冲击响应过程的指标不严谨，冲击作为动态响应过程，其冲击前后发生的能量转移并不全部以不可逆的塑性变形和失效破坏消散
。
其由材料特性决定的弹性极限塑性极限以及失效极限决定了冲击后吸收动能的耗散配比
。
而其又受冲击过程中产生的应力决定
。
因此对于同样冲击动能的两次实验，其冲头的质量与速度比值不同，冲击应力不同，其冲击过程中转移的动能产生的弹性形变与非弹性形变的比值也不尽相同
。
造成其评价体系下的结论标准不一
。
最后，大多测试方法都会选用较大的冲击载荷进行实验，但实际井下钻探中钻头受到来自钻压和设备振动带来的轴向冲击多为高频的中低载荷的交变载荷冲击
。
因此会出现在测试过程中通过了单次大载荷冲击测试，却在井下实际钻探过程中快速失效
。

技术实现思路

[0007]本专利技术为一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法及可变角度测试仪器，它对金刚石复合片冲击韧性重新进行标定，以金刚石复合片受到的总冲量作为衡量其冲击韧性的标准，具体的是以金刚石受到冲击之后出现微裂纹时所受到的总冲量来衡量金刚石复合片的
冲击韧性；冲击力在实验的过程中易于进行控制达到统一标准，并且可根据实际工况进行对应的调整，这样就使得测试评价与实际工况的映射性更好，整体评价结论的可靠性更高
。
[0008]本专利技术所记载的一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法在于对金刚石复合片按照相应的冲击力施加冲击力，至首次出现裂纹为止，金刚石复合片所承受的总冲量即为其冲击韧性
。
[0009]所述的冲击次数为
K
，冲击力为
F(N)
，响应时间为
t(s)
，其中冲击力和响应时间都是由传感器测得，冲击力为对单次冲击响应力的描述，响应时间为单次冲击过程中两界面从初次接触到完全分离的时间，即对接触应力传播过程的参考量；单次冲击的冲量为
l(N
·
s)
，其中
l(N
·
s)
＝
F(N)
·
t(s)
；总冲量为冲击次数乘以单次冲击的冲量，即
K
·
l。
[0010]本专利技术所述的一种金刚石复合片冲击韧性的可变角度测试仪器，它包括冲头部
、
冲片部
、
赋能部和总控部；所述的冲片部包括冲片夹具和角度垫片，角度垫片设在冲头夹具内，所述的冲片部内还设有冲片传感器；所述的冲头部与冲片部相对应，冲头部包括冲头夹具和冲头滑轨，冲头夹具设在冲头滑轨上，冲头夹具上设有冲头传感器，冲头夹具和冲头滑轨之间还设有光栅尺，所述的冲头夹具上还设有冲头限位器以及对应的冲头质量块；赋能部设在冲头部的后方对冲头部给予冲击力，所述的赋能部包括赋能伺服电机和电机滑轨，赋能伺服电机设在电机滑轨的上部；所述的总控部包括电机驱动器
、
解码器和控制端，电机驱动器对赋能伺服电机进行驱动，解码器分别对冲片传感器
、
冲头传感器和光栅尺的数据进行采集和解码；电机驱动器和解码器分别连接到所述的控制端
。
[0011]选择冲头的质量块和伺服电机的速度，以确定冲头的质量和赋予的初始速度
。
随后以预实验测试该速度与质量比所产生的冲击力是否达到规定值；冲击力通过冲头后的传感器采集；调整好冲击力后，进行不同数量级
(k
×
10n)
的正式实验；试验结束后将不同数量级的复合片进行裂纹的超声波检测，以首次出现裂纹的复合片为准，假定其冲击次数数量级为
K
次，则通过采集到的冲击力
F(N)
和响应时间
t(s)
计算出其单次冲击的冲量
I(N
·
s)
，并通过
K
·
I
计算出总冲量；其中冲头传感器可以采集冲击端的三向冲击力数据，冲片传感器可以采集受冲端的三向冲击力；通过出现微裂纹后的复合片受到的总冲量来衡量其冲击韧性
。
[0012]与现有的评价方式相比较，本专利技术将冲量作为衡量因数，其由冲击力和响应时间控制，其中冲击力直接反映了冲击表面的冲击应力以及冲击响应过程中发生的能量转移中不可逆部分的占比
。
响应时间则反映了冲击动态过程表面的疲劳程度
。
且冲击力最为标准之一在不同的测试机构和实验中易于形成统一标准，并且冲击力大小的选择可以根据井下实际工况检测到的冲击进行调整，使得测试评价与实际工况映射性好
。
其次评价失效的方式为高数量级的冲击下产生的微裂纹，高数量级的冲击以及微裂纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法在于对金刚石复合片按照相应的冲击力施加冲击力，至首次出现裂纹为止，金刚石复合片所承受的总冲量即为其冲击韧性
。2.
根据权利要求1所述的一种金刚石复合片冲击韧性的评价方法，其特征在于：所述的冲击次数为
K
，冲击力为
F(N)
，响应时间为
t(s)
，其中冲击力和响应时间都是由传感器测得，冲击力为对单次冲击响应力的描述，响应时间为单次冲击过程中两界面从初次接触到完全分离的时间，即对接触应力传播过程的参考量；单次冲击的冲量为
l(N
·
s)
，其中
l(N
·
s)
＝
F(N)
·
t(s)
；总冲量为冲击次数乘以单次冲击的冲量，即
K
·
l。3.
一种金刚石复合片冲击韧性的测试仪器，其特征在于：它包括冲头部
、
冲片部
、
赋能部和总控部；所述的冲片部包括冲片夹具和角度垫片，角度垫片设在冲头夹具内，所述的冲片部内还设有冲片传感器；所述的冲头部与冲片部相对应，冲头部包括冲头夹具和冲头滑轨，冲头夹具设在冲头滑轨上，冲头夹具上设有冲头传感器，冲头夹具和冲头滑轨之间还设有光栅尺，所述的冲头夹具上还设有冲头限位器以及对应的冲头质量块；赋能...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳文，孟德忠，李翊，佘丁顺，
申请(专利权)人：中国地质大学北京郑州研究院，
类型：发明
国别省市：