Metody metalografické analýzy a zjednodušení pozorování a měření
Automobilový průmysl v poslední době čelí stále ostřejší konkurenci v používání materiálů, které snižují hmotnost a současně zvyšují tuhost konstrukcí. Při zavádění materiálů s lepšími užitnými vlastnostmi nyní tyto společnosti vyžadují přesné, pohodlné a rychlé pozorování a měření kovových struktur, protože tyto operace jsou nepostradatelné při výběru a použití optimálních kovových materiálů.
Tato část představuje základní informace a problémy týkající se metalografické analýzy. Na závěr jsou uvedeny nejnovější příklady použití digitálního 4K mikroskopu.
- Kovové materiály a nutnost metalografické analýzy
- Kovové struktury a jejich změny v důsledku působení tepla
- Metody metalografické analýzy využívající mikroskopy
- Nejnovější příklady metalografické analýzy
- Metalografická analýza využívající snímky s mimořádně vysokým rozlišením 4K
- Pozorování s vysokou úrovní detailů a kontrastu s použitím funkce 4K HDR
- Velkoplošné snímky pořízené pomocí funkce vysokorychlostního spojování obrazu
- Měření kovových struktur jedním kliknutím
- Pozorování sféroidizace grafitu a měření podílu plochy
- Metalografická analýza požadovaná předními společnostmi v odvětví
Kovové materiály a nutnost metalografické analýzy
Kovové materiály se běžně používají v řadě odvětví, od automobilového a leteckého průmyslu přes vybavení veřejné infrastruktury až po elektrické spotřebiče a elektronická zařízení. V závislosti na použití jsou vybírány a používány různé kovy a slitiny. Avšak dokonce i u kovů a slitin se stejným složením závisí jejich mechanické vlastnosti, jako je odolnost a zpracovatelnost, na kovových strukturách. Pomocí metalografické analýzy lze vyhodnotit a posoudit vlastnosti kovových materiálů a jejich změny v důsledku mechanického a tepelného zpracování a dalších faktorů. To umožňuje vybrat a používat vhodné materiály.
V automobilovém průmyslu a další odvětvích, kde může lom kovových materiálů ovlivnit bezpečnost produktu a lidské životy, je pozorování kovových struktur obzvláště důležité pro hodnocení a posuzování mechanických vlastností, hodnocení po povrchovém a tepelném zpracování a analýzu defektů, jako jsou nekovové inkluze, trhliny a bubliny.
Mechanické vlastnosti kovových materiálů
Mechanickými vlastnosti kovových materiálů rozumíme dynamické vlastnosti, jako jsou pevnost, tuhost, průrazuvzdornost, únavová charakteristika a otěruvzdornost. Mechanické vlastnosti kovových materiálů se mění s tím, jak se mění kovové struktury v důsledku tepelného zpracování, a to i tehdy, když jsou materiály a jejich složky ve stejném poměru (mají stejnou strukturu). Vedle odolnosti materiálů jsou tyto vlastnosti úzce spjaty s účinností mechanického zpracování, jako je řezání a plastické přetvoření, a změnami charakteristickými pro tepelné zpracování.
Kovové struktury a jejich změny v důsledku působení tepla
Kovové struktury se obvykle skládají z krystalových struktur, v nichž jsou atomy uspořádány pravidelně. Pravidelné uspořádání však nemají vždy všechny atomy. Krystalové struktury, v nichž je pravidelně uspořádáno mnoho zrn, se nazývají polykrystalické struktury. Hranice mezi zrny v oblasti, kde jsou atomy uspořádány nerovnoměrně, se nazývají hranice zrn.
- Vlevo: Polykrystalický kov složený z mnoha zrn
- Vpravo: Hranice mezi zrny
V krystalové struktuře těchto kovových struktur mění hranice zrn svůj tvar v důsledku tepelného zpracování a dalšího působení tepla. Tepelným zpracováním lze dosáhnout u stejných kovových materiálů různé změny. To umožňuje rozpoznat mechanické vlastnosti po tepelném zpracování na základě pozorování změny tvaru, velikosti a rozložení zrn kovové struktury.
Níže jsou pro příklad popsány změny struktury nerezavějící oceli (materiál SUS) způsobené tepelným zpracováním.
- Austenit (SUS304)
- Ačkoliv tato struktura při pokojové teplotě neexistuje, stává se struktura slitin železa (Fe) a uhlíku (C) stabilní při teplotě 723 °C a vyšších. To se týká také legujících přísad (niklu a manganu), které zlepšují kalitelnost a stabilitu struktury. Austenitická struktura, která zůstává v oceli po kalení nezměněna, se nezývá zbytkový austenit.
- Martenzit (SUS410)
- Tvrdá, ale křehká struktura, která se vytvoří při rychlém ochlazení austenitické struktury. Při žíhání martenzitu při teplotách 100 až 200 °C se ukládá karbid železa Fe3C. Tím se stává struktura nepatrně pevnější, ale také snáze koroduje. Martenzit v tomto stavu se nazývá žíhaný martenzit, aby se odlišil od kaleného martenzitu.
- Ferit (SUS430)
- Struktura, která se podobá surovému železu a obsahuje až 0,02 % uhlíku v železe. Je feromagnetický při teplotách od pokojové teploty po 780 °C a je tvárný a nejměkčí ze železných a ocelových struktur.
Struktura získaná pomalým ochlazováním oceli v austenitickém stavu se nazývá perlit. Interval mezi vrstvami se liší v závislosti na rychlosti ochlazování. Nazývá se perlitem, protože mimořádně tenké střídající se vrstvy feritu a karbidu železa (Fe3C) mají perleťovou barvu.
Metody metalografické analýzy využívající mikroskopy
Níže je popsán proces metalografické analýzy od vytvoření vzorku až po jeho pozorování běžným mikroskopem.
1. Zalití do pryskyřice
Zalijte vyříznutý vzorek do vytvrzovací pryskyřice. Existují různé druhy vytvrzovacích pryskyřic. Běžně používaným druhem je jednosložková pryskyřice pro vytvrzování viditelným světlem, která je vysoce průhledná a rychle se vytvrzuje. Vložte vzorek do válcového pouzdra a pomalu ho zalijte vytvrzovací pryskyřicí. V tomto kroku je třeba dbát na to, aby se zabránilo vzniku bublin.
2. Leštění
Nahrubo vyleštěte vzorek voděodolným brusným papírem a poté dohladka vyleštěte na stroji pro leštění povrchů. Použijte papíry na bázi SiC s hrubostí 80 až 2400 (od nehrubšího po nejjemnější). Leštěte za mokra. Při leštění dohladka vyleštěte do zrcadlového povrchu umělým hedvábím, na které nastříkáte diamantová zrna velikosti 9 až 0,25 mikrometrů, abrazivní, mazací a alkalickou suspenzi. Poté povrch opláchněte pod tekoucí vodou.
3. Leptání (koroze)
Namočte vyleštěný povrch vzorku do leptacího roztoku (korozní kapalina) vhodného pro daný vzorek. Opláchněte korozní kapalinu vodou, namočte vzorek do etylalkoholu nebo podobného činidla a poté vzorek osušte.
4. Pozorování struktury mikroskopem
Po dokončení výše uvedeného procesu pozorujte vyleštěný povrch správně připraveného vzorku mikroskopem. Zvětšete strukturu a nastavte zaostření správně tak, abyste mohli pozorovat změny struktury v důsledku působení tepla. Avšak pokročilá měření, jako je měření nekovových inkluzí, sféroidizace grafitu a podílu plochy feritu a perlitu, je třeba provádět po přechodu na specializovaný software.
Nejnovější příklady metalografické analýzy
Digitální mikroskopy KEYENCE podporují nejnovější řešení.
Digitální 4K mikroskop řady VHX od společnosti KEYENCE s velmi vysokým rozlišením umožňuje kromě sofistikovaného pozorování a hodnocení kovových struktur pomocí snímků s vysokým rozlišením výrazné zvýšení efektivity různých úkolů.
Metalografická analýza využívající snímky s mimořádně vysokým rozlišením 4K
Častým problémem je, že příprava vzorků vyžaduje mnoho času. Pokud navíc pozorovaný povrch vzorku zalitého v pryskyřici není rovný, dojde během pozorování s velkým zvětšením k posunu obrazu mimo ohnisko i při nepatrném výškovém rozdílu. Tento druh pozorování proto vyžaduje jemné nastavení.
Rozhraní kompozice v reálném čase na digitálním 4K mikroskopu řady VHX umožňuje provádět rychlou hloubkovou kompozici pomocí snadné operace, která nevyžaduje úpravu zaostření. Lze tak zaostřit celou kovovou strukturu, i když pozorovaný povrch zalitý v pryskyřici není rovný, takže můžete snadno provádět jasné pozorování struktury pomocí snímků s mimořádně vysokým rozlišením 4K.
Pozorování s vysokou úrovní detailů a kontrastu s použitím funkce 4K HDR
Digitální 4K mikroskop řady VHX je vybaven funkcí HDR (vysoký dynamický rozsah), která sejme několik snímků s vysokým barevným přechodem při různých rychlostech závěrky. To umožňuje pozorovat podrobné struktury pomocí snímků s vysokými úrovněmi detailů a kontrastu.
Velkoplošné snímky pořízené pomocí funkce vysokorychlostního spojování obrazu
Pomocí funkce spojování obrazu na mikroskopu řady VHX lze stisknutím tlačítka spojování obrazu rychle spojit obrazová data z různých zorných polí bez chyb zarovnání, a tím vytvořit obraz obsahující až 50 000 × 50 000 pixelů. Protože zvětšení a rozlišení se nemění, lze tento obraz použít jako pohled rybího oka, který umožňuje efektivní pozorování.
Měření kovových struktur jedním kliknutím
Digitální 4K mikroskop řady VHX je vybaven funkcí automatického měření plochy. Toto zařízení, které se snadno ovládá myší, rychle provádí celou řadu pracovních operací, od pozorování kovových struktur se zvětšením, přes kvantitativní hodnocení podílů ploch automatickým měřením až po vytváření sestav.
Pozorování sféroidizace grafitu a měření podílu plochy
Digitální 4K mikroskop řady VHX je vybaven funkcí automatického měření/počítání plochy. Pomocí jednoduché operace dokáže tato funkce změřit a spočítat podíl plochy ve stanoveném rozsahu. Objekty, které není třeba vyloučit, a překrývající se objekty lze oddělit. To umožňuje zobrazit změřené hodnoty v tabulce nebo grafu ve stejný okamžik, když jsou prováděna pozorování mikroskopem.
Metalografická analýza požadovaná předními společnostmi v odvětví
Kromě výrobců automobilů, kteří jsou v čele tohoto úsilí, každá společnost tvrdě pracuje na tom, aby si zachovala své vedoucí postavení v oblasti nových materiálů a technologií zpracování s cílem zvýšit úsporu paliv snížením hmotnosti a zvýšením tuhosti.
S digitálním 4K mikroskopem řady VHX můžete při metalurgické analýze pozorovat a měřit s vysokým rozlišením.
Řada VHX je vybavena mnoha dalšími pokročilými funkcemi a může být výkonným nástrojem v odvětvích, kde se vyžaduje rychlost a přesnost při výběru materiálů.
Podrobné informace o řadě VHX získáte po kliknutí na tlačítko pro stažení katalogu níže. V případě dotazů klikněte níže na druhé tlačítko umožňující kontaktování společnosti KEYENCE.
