超硬磨料沖擊韌性（toughness index簡稱TI）及熱沖擊韌性（thermal toughness index簡稱TTI）是國際上最流行的衡量超硬磨料產(chan)(chan)品質量的指標。超(chao)硬(ying)(ying)磨料及制(zhi)品在(zai)實際使用過程(cheng)中(zhong)同(tong)時(shi)受到沖(chong)擊和磨損兩種(zhong)作(zuo)用，而超(chao)硬(ying)(ying)制(zhi)品在(zai)生產(chan)(chan)使用過程(cheng)中(zhong)的磨粒(li)又(you)受到高(gao)溫作(zuo)用，因(yin)此(ci)用于檢測時(shi)也應(ying)模擬磨粒(li)在(zai)實際生產(chan)(chan)和使用過程(cheng)中(zhong)所受沖(chong)擊、磨損及高(gao)溫這幾種(zhong)作(zuo)用形(xing)式，才能(neng)更客觀(guan)地反映超(chao)硬(ying)(ying)磨料的品質。

       一、定義

       沖擊韌性（TI）：

       在室溫下, 利用沖擊(ji)韌性檢測設(she)備(bei), 將一定量超(chao)硬磨粒用特定尺(chi)寸鋼球在特定的(de)(de)沖擊(ji)罐中, 在規定的(de)(de)時間內(nei), 沖擊(ji)規定次數(shu)后, 求得的(de)(de)未破碎磨粒的(de)(de)百分率即為TI。

       測(ce)定超硬(ying)磨(mo)料的沖擊韌(ren)性(xing)（沖擊強(qiang)度(du)），比測(ce)定其單(dan)顆粒靜壓強(qiang)度(du)，更能客觀地反映(ying)其實(shi)際使用效果和質量情(qing)況。同時(shi)，測(ce)定沖擊韌(ren)性(xing)還具有樣品代表性(xing)好、測(ce)定結果誤(wu)差(cha)小等(deng)優點(dian)。

       如果考慮到(dao)超硬(ying)制品在使用過程中的(de)(de)高溫(wen)條件，則熱(re)沖擊韌性是衡(heng)量(liang)超硬(ying)磨料耐(nai)熱(re)性的(de)(de)指(zhi)標。

       熱沖擊韌性（TTI）：

       即(ji)是一定(ding)量的(de)超硬磨粒在(zai)保護氣氛中, 經(jing)過1100℃高溫(wen)加熱(re)規定(ding)時間后(hou), 重復TI的(de)操(cao)作, 即(ji)為(wei)TTI值。

       其數值大小表(biao)示磨料熱(re)穩定性(xing)的高低(di)。熱(re)沖(chong)擊韌(ren)性(xing)測(ce)量的原理(li)比沖(chong)擊韌(ren)性(xing)增加了(le)加熱(re)的環節，將超硬(ying)磨料放(fang)在充有惰性(xing)氣(qi)體（如(ru)氬氣(qi)）的專(zhuan)用設備中(zhong)進行加熱(re)，然后測(ce)定其沖(chong)擊韌(ren)性(xing)。

       沖(chong)擊(ji)韌(ren)性和熱(re)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性測試(shi)技術目(mu)前在超(chao)(chao)硬材料領(ling)域(yu)使(shi)用非常普遍，技術也比較成熟(shu)，我國超(chao)(chao)硬磨料檢測技術90年(nian)代(dai)以前，一直沿用單(dan)顆粒抗壓強度測試(shi)方(fang)法，其(qi)優(you)點(dian)是測試(shi)方(fang)法簡單(dan)，但(dan)該方(fang)法測試(shi)誤(wu)差大，重復性差，其(qi)測試(shi)機理(li)也難以反映(ying)磨料在動(dong)態(tai)情況下的受力(li)狀況。

       后來，我(wo)國(guo)根(gen)據實際檢(jian)測需求研(yan)發了沖擊(ji)韌性(xing)測試儀和(he)超(chao)硬(ying)磨料熱沖擊(ji)韌性(xing)測定專用TTI加熱爐，并制定了相(xiang)應的(de)檢(jian)測方法(fa)和(he)標準，對(dui)超(chao)硬(ying)磨料生產(chan)進行質量控制。由于(yu)國(guo)內外沖擊(ji)儀以及(ji)TTI 加熱爐的(de)形式多(duo)種多(duo)樣，性(xing)能各異，本文只做簡(jian)單科普介紹，以便(bian)大家了解和(he)借鑒(jian)。

       二、測試方法

       沖(chong)擊韌性測試技術按其測試結(jie)果的表征方法國內外有所(suo)不同，主(zhu)要(yao)有兩種：

       1、取一定(ding)(ding)(ding)量的(de)超硬磨料基本粒(li)，連(lian)同(tong)一定(ding)(ding)(ding)規格質(zhi)量的(de)鋼(gang)球一起(qi)裝入試(shi)樣管，在(zai)沖(chong)擊(ji)儀上(shang)按規定(ding)(ding)(ding)的(de)頻率(lv)，沖(chong)擊(ji)一定(ding)(ding)(ding)的(de)次數(shu)（或時間(jian)），然后再(zai)篩分，求出未破碎率(lv)（沖(chong)擊(ji)后篩上(shang)物(wu)的(de)質(zhi)量與原始質(zhi)量之比）用百(bai)分比表示，作為其沖(chong)擊(ji)韌(ren)性值。

       2、取一(yi)(yi)定量的(de)超硬磨料基本粒連同(tong)一(yi)(yi)定規格質量的(de)鋼球一(yi)(yi)起裝入試樣(yang)管(guan)，在沖擊(ji)(ji)儀上(shang)以一(yi)(yi)定的(de)頻率，沖擊(ji)(ji)一(yi)(yi)定的(de)次(ci)(ci)數（或時間(jian)）后(hou)，再篩分求出未破(po)碎，然后(hou)通(tong)過驗和換算，最后(hou)以未破(po)碎率為50 %時的(de)沖擊(ji)(ji)次(ci)(ci)數(或時間(jian)) 來表征樣(yang)品的(de)沖擊(ji)(ji)韌性。

       第一種測(ce)試方法操作簡便易行，被國(guo)內外各(ge)大公司廣泛使用，但它(ta)要求(qiu)隨(sui)著磨(mo)料品(pin)級(ji)改(gai)變(bian)調(diao)整沖擊儀的沖擊次數(shu)(或時間)，以(yi)保證實驗的精確性(例如未破碎率比例40%至60%之間靈敏(min)度最高)。

       第二種(zhong)測(ce)試方(fang)法操作比較復雜(za)，但可(ke)以(yi)兼(jian)顧各(ge)種(zhong)不同(tong)品級的(de)超(chao)硬磨料(liao)在相(xiang)同(tong)條件下予(yu)以(yi)比較，缺點是為(wei)了得到一個測(ce)試結(jie)果，至少(shao)要進(jin)行兩次實驗。此方(fang)法在FEPA 標準(zhun)、前(qian)蘇聯標準(zhun)及我(wo)國標準(zhun)中予(yu)以(yi)應用(yong)。

       熱沖擊韌性測試方法各個國家或公司各不相同，主要表現在升溫速度、保溫時間、保護氣體和加熱溫度等方面，檢測金剛石磨料使用加熱(re)溫(wen)度最(zui)多的(de)(de)是900 ℃和1100 ℃，檢測(ce)CBN 磨料使用加熱(re)溫(wen)度最(zui)多的(de)(de)是1000℃和1100℃。也有用950℃、1150℃、1200℃的(de)(de)，保護氣體(ti)主要使用的(de)(de)有氬(ya)氣、氫(qing)氣和氮氣。

       比如測(ce)試金剛石顆粒(li)的(de)(de)熱沖(chong)(chong)擊韌(ren)性(xing)，取一定質量的(de)(de)金剛石顆粒(li)和鋼球(qiu)一起裝入試樣管內，加熱到(dao)900℃或1100℃后，在(zai)2000r/min的(de)(de)頻率(lv)下進行震蕩沖(chong)(chong)擊。沖(chong)(chong)擊后計算(suan)未破(po)(po)碎率(lv)。以未破(po)(po)碎率(lv)為50%時的(de)(de)沖(chong)(chong)擊次(ci)數表征樣品的(de)(de)沖(chong)(chong)擊韌(ren)性(xing)。

       特別需要說明的(de)(de)(de)是(shi)(shi)，這里的(de)(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)性(xing)測定(ding)方式與(yu)傳統(tong)的(de)(de)(de)沖(chong)擊韌(ren)性(xing)測定(ding)方法不(bu)同，主要是(shi)(shi)由于磨料顆粒尺寸較少(shao)，不(bu)能按照傳統(tong)的(de)(de)(de)對大體積材料進(jin)行沖(chong)壓(ya)的(de)(de)(de)方法進(jin)行測定(ding)。熱沖(chong)擊韌(ren)性(xing)是(shi)(shi)國際上普(pu)遍采用的(de)(de)(de)性(xing)能指(zhi)標，尤(you)其(qi)對于高品級金(jin)剛石而言，是(shi)(shi)決定(ding)其(qi)使(shi)用性(xing)能優(you)劣的(de)(de)(de)必不(bu)可少(shao)的(de)(de)(de)質量指(zhi)標之一。

       三、測試設備

       沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)韌性測定儀工作(zuo)原理主要是通過(guo)試樣(yang)管(guan)(guan)往(wang)(wang)復(fu)運動(dong)，帶動(dong)鋼球(qiu)在試管(guan)(guan)內沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)試樣(yang)，磨(mo)料因受(shou)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)而破碎。沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)力(li)的(de)大小是由試樣(yang)管(guan)(guan)往(wang)(wang)復(fu)運動(dong)的(de)速度和鋼球(qiu)的(de)質量(liang)來決定的(de)，所以(yi)磨(mo)料在沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)的(de)頻率、試樣(yang)管(guan)(guan)的(de)振幅及鋼球(qiu)質量(liang)的(de)共同作(zuo)用下(xia)破碎。由此可知，在相同的(de)沖(chong)(chong)(chong)擊(ji)(ji)條件下(xia)，未破碎率越大，則該磨(mo)料的(de)韌性越好。

       熱(re)(re)沖擊韌性的工作原理主要(yao)是把(ba)超硬(ying)磨料放(fang)入(ru)TTI 加熱(re)(re)爐(lu)內(nei)，排除爐(lu)內(nei)空氣，通入(ru)保護氣體(ti)，按預(yu)定(ding)(ding)升溫曲線加熱(re)(re)后冷卻，再做沖擊韌性測定(ding)(ding)。

       TTI加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)方式(shi)(shi)(shi)有(you)電阻絲加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)和(he)硅碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)兩種，從形狀上(shang)可分為鐘(zhong)罩式(shi)(shi)(shi)和(he)管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)。鐘(zhong)罩式(shi)(shi)(shi)TTI 加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)用(yong)鉬絲做發熱(re)(re)(re)(re)體，最高加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)度(du)1400 ℃，從室(shi)溫(wen)升至1300 ℃約2h。升溫(wen)速度(du)較(jiao)(jiao)慢(man)，爐(lu)(lu)(lu)(lu)腔空(kong)間(jian)大。用(yong)鉬絲做發熱(re)(re)(re)(re)體的管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)性能(neng)同(tong)上(shang)，爐(lu)(lu)(lu)(lu)腔有(you)限，每(mei)一爐(lu)(lu)(lu)(lu)燒(shao)料較(jiao)(jiao)少(shao)。國內使用(yong)較(jiao)(jiao)多的加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)是(shi)用(yong)硅碳(tan)管(guan)(guan)(guan)(guan)作發熱(re)(re)(re)(re)體的管(guan)(guan)(guan)(guan)式(shi)(shi)(shi)加(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)(lu)(lu)，溫(wen)升速度(du)快，每(mei)次能(neng)燒(shao)1～2個試(shi)樣。

△某(mou)型號沖擊韌(ren)性試驗(yan)裝置(zhi)

       TI與TTI值的(de)高低反(fan)映了超硬磨(mo)料耐沖擊和耐熱(re)性(xing)能(neng)的(de)高低，TI與TTI差值的(de)大小，反(fan)映了該磨(mo)粒熱(re)穩(wen)定性(xing)的(de)好壞(huai)。

       如果說(shuo)TI代(dai)表(biao)的(de)是(shi)(shi)超硬磨粒(li)(li)可能的(de)強度(du)的(de)話(hua), TTI則代(dai)表(biao)了(le)磨粒(li)(li)使用中的(de)實際強度(du)。還要說(shuo)明的(de)是(shi)(shi)TI與TTI的(de)差值是(shi)(shi)評價超硬磨粒(li)(li)性能的(de)重要指標。