Metallográfiai elemzési módszerek és a megfigyelés és a mérés leegyszerűsítése
A gépjárműipari vállalatok körében az elmúlt időben erőteljes verseny alakult ki a kisebb súlyú és nagyobb szilárdságú anyagok használata terén. A nagyobb teljesítményű anyagok használatával párhuzamosan ezeknek a vállalatoknak a fémszerkezetek pontos, kényelmes és gyors megfigyelésére és mérésére, valamint az optimális fémanyagok kiválasztására szolgáló hatékony műveletekre van szükségük.
Ebben a részben a metallográfiai elemzésekkel kapcsolatos alapvető tudnivalókat és problémákat, valamint a KEYENCE 4K-s digitális mikroszkóp használatával kapcsolatos legújabb példákat mutatjuk be.
- Fémanyagok és a metallográfiai elemzés szükségessége
- Fémszerkezetek és a hőmérséklet hatására bekövetkező változások
- Mikroszkóp használatával történő metallográfiai elemzési módszerek
- A metallográfiai elemzés legújabb példái
- 4K-s ultranagy felbontású képek használatával történő metallográfiai elemzés
- Megfigyelés részletgazdag és kontrasztos képek használatával a 4K HDR funkciónak köszönhetően
- Nagy képterületek rögzítése gyors képösszetűzéssel
- Fémszerkezetek egy kattintásos mérése
- Grafitgömbösödés megfigyelése és területarány-mérése
- Iparági vezetők számára szükséges metallográfiai elemzés
Fémanyagok és a metallográfiai elemzés szükségessége
Fémeket a gépjárműipartól és repülőgépipartól kezdve az infrastruktúrán át egészen az elektromos berendezésekig és elektronikus eszközökig számos különböző területen használnak. A különböző alkalmazásokhoz más és más fémek és ötvözetek kiválasztására és használatára van szükség. Azonban a fémszerkezetektől függően még az azonos fém- és ötvözet-alkotóelemeknél is eltérhetnek az olyan mechanikai tulajdonságok, mint a tartósság és a megmunkálhatóság. A metallográfiai elemzés lehetővé teszi a fémekre jellemző tulajdonságok és azok feldolgozás, például hőkezelés és egyéb tényezők hatására bekövetkező változásainak értékelését és mérlegelését, ezáltal támogatva a megfelelő anyagok kiválasztását és használatát.
A gépjárművek terén és minden olyan területen, ahol a fémanyagok törése a termékek biztonságára és az emberi életekre is hatással lehet, rendkívül fontos a fémszerkezetek vizsgálata a fémek mechanikai jellemzőinek értékeléséhez és mérlegeléséhez, az anyagok felületi és hőkezelést követő értékeléséhez, valamint a különböző hibák, például idegen anyagok, repedések és buborékok elemzéséhez.
A fémanyagok mechanikai jellemzői
A fémek terén a mechanikai jellemzők olyan dinamikus jellemzőkre utalnak, mint az erősség, a merevség, a keménység, a kifáradási jellemzők és a kopásnak való ellenállás. Amikor hőkezelés hatására módosul a fémanyagok fémszerkezete, akkor is módosulnak az anyag mechanikai jellemzői, ha az anyagok és az összetevők aránya nem változik (változatlan a szerkezet). Az anyagok tartóssága mellett ezek a jellemzők szorosan kapcsolódnak a mechanikus feldolgozás, például vágás és műanyag-feldolgozás hatékonyságához és a hőkezelés hatására végbemenő változásokhoz.
Fémszerkezetek és a hőmérséklet hatására bekövetkező változások
A fémek általában kristályos szerkezetekből állnak, amelyekben az atomok szabályos elrendezést mutatnak, azonban nem minden atom rendeződik mindig valamilyen rendszerbe. Azokat a kristályos szerkezeteket, amelyekben sok szemcse rendeződik szabályos rendszerbe, polikristályos szerkezeteknek nevezzük, míg a szemcsék közötti területeket, ahol az atomok szabálytalanul rendeződnek el, szemcsehatároknak hívjuk.
- Bal oldali kép: sok szemcséből álló polikristályos fém
- Jobb oldali kép: szemcsék közötti szemcsehatár
Az ilyen fémszerkezetek kristályos szerkezeteiben hőkezelés vagy más hőmérséklettel összefüggő folyamatok hatására módosul a szemcsehatárok mintázata. Hőkezelés hatására még azonos fémanyagok esetén is eltérő változások mennek végbe, így hőkezelés után a mechanikai jellemzők vizsgálatához a fémszerkezet szemcséinek alakjában, méretében és eloszlásában bekövetkező változások megfigyelésére van szükség.
Az alábbiakban a rozsdamentes acélban (SUS anyag) hőkezelés hatására bekövetkező szerkezeti változásokat ismertetjük.
- Ausztenit (SUS304)
- Bár ez a szerkezet szobahőmérsékleten nem fordul elő, az Fe- és C-ötvözetek szerkezete 723°C-os vagy magasabb hőmérsékleten stabilizálódik. Az edzhetőséget javító ötvözetelemek (Ni és Mn) használata szintén stabil szerkezetet eredményez. Az ausztenites szerkezetet, amely edzés után változatlanul marad az acélban, reziduális ausztenitnek nevezzük.
- Martenzit (SUS410)
- Kemény, ám törékeny szerkezet, amely az ausztenites szerkezet gyors hűtése során jön létre. A martenzit 100–200°C-on történő lágyításával Fe3C jön létre, ami kissé keményebbé, de egyúttal könnyebben korrodálódóvá teszi a szerkezetet. Az ebben az állapotban lévő martenzitet lágyított martenzitnek nevezzük, így megkülönböztetve az edzett acéltól.
- Ferrit (SUS430)
- A tiszta vashoz hasonló szerkezet, amelyben a vas széntartalma legfeljebb 0,02%. Ez a szerkezet szobahőmérséklettől 780°C-ig ferromágneses, képlékeny és a vas- és acélszerkezetek közül a leglágyabb.
Az ausztenites acél lassú hűtésével kapott szerkezetet perlitnek nevezzük. A rétegek közötti távolság a hűtési sebességtől függ. A perlit elnevezés onnan ered, hogy a szerkezetben a rendkívül vékony ferrit- és Fe3C-rétegek váltakozása gyöngyházszínt eredményez.
Mikroszkóp használatával történő metallográfiai elemzési módszerek
Az alábbiakban a metallográfiai elemzési folyamatot ismertetjük a minta elkészítésétől kezdve egészen a minta általános mikroszkóppal történő vizsgálatáig.
1. Beágyazás (kitöltés gyantával)
Keményítse a kivágott mintát gyantával. A keményítőgyantáknak számos különféle típusa létezik. Az egyik gyakran használt típus a használatra kész, látható fényre keményedő gyanta, amely rendkívül áttetsző és gyorsan köt. Tegye a mintát egy hengeres tárolóba, és lassan töltse fel a keményítőgyantával. Ebben a lépésben fontos odafigyelni arra, hogy ne alakuljanak ki a gyantában buborékok.
2. Polírozás
Polírozza le a mintát. Ehhez először csiszolja le durván a felületet vízálló csiszolópapírral, majd végezzen precíziós polírozást felületcsiszoló gép használatával. A nedves csiszoláshoz 80–2400-as (a legdurvábbtól a legfinomabbig) SiC-papírt használjon. A precíziós csiszolás során polírozza tükörfényesre a mintát 9–0,25 mikrométer gyémántszemcse-méretű szintetikus selyempermet, csiszolóanyag, kenőanyag és lúgos szuszpenzió használatával, majd mossa le a felületet folyó víz alatt.
3. Maratás (korrózió)
Áztassa a minta polírozott felületét a mintához megfelelő maratóoldatba (korrozív folyadékba). Mossa le vízzel a korrozív folyadékot, áztassa a mintát etilalkoholba vagy más hasonló folyadékba, majd szárítsa meg a mintát.
4. Felületi megfigyelés mikroszkóppal
A fenti mintalétrehozási folyamat után vizsgálja meg mikroszkóppal a megfelelően létrehozott minta polírozott felületét. Nagyítson rá a szerkezetre, állítsa be megfelelően a fókuszt, és figyelje meg a hőkezelés hatására bekövetkezett szerkezeti változásokat. Emellett speciális méréseket, például az idegen anyagok vizsgálatát, a grafitgömbösödés elemzését és a ferrit/perlit területarány mérését is el kell végezni, miután az eredményeket dedikált szoftverbe exportálta.
A metallográfiai elemzés legújabb példái
A KEYENCE digitális mikroszkópok a legújabb megoldásokat kínálják.
A KEYENCE VHX sorozatú ultranagy felbontású 4K-s digitális mikroszkópja jelentően javítja számos feladat hatékonyságát, és a nagy felbontású képek révén a fémszerkezetek kifinomult megfigyelését és értékelését teszi lehetővé.
4K-s ultranagy felbontású képek használatával történő metallográfiai elemzés
Gyakori probléma, hogy a minták létrehozása rendkívül időigényes feladat. Emellett ha a beágyazott (gyantával kitöltött) minta megfigyelési felülete nem sima, nagy mértékű nagyításkor még a legkisebb magasságbeli különbségek is hatására is fókuszon kívülre kerül a kép, így a megfigyeléshez aprólékos beállításokra van szükség.
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp valós idejű kompozíciós kezelőfelülete egyszerű használatot és gyors mélységélesség-kiterjesztést tesz lehetővé, mindezt manuális fókuszbeállítás nélkül. Ennek köszönhetően a teljes fémszerkezetet élesen jelenítheti meg még akkor is, ha a beágyazott (gyantával kitöltött) minta megfigyelési felülete nem sima, és a nagy felbontású 4K-s képek használatával pontos szerkezeti megfigyelést végezhet.
Megfigyelés részletgazdag és kontrasztos képek használatával a 4K HDR funkciónak köszönhetően
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp HDR (magas dinamikatartományú) funkciója több képet rögzít különböző zársebesség mellett, ezáltal nagy színmélységű kép rögzítését teszi lehetővé. Az így kapott részletgazdag és kontrasztos képeken a legapróbb részletekig megfigyelheti a fémszerkezeteket.
Nagy képterületek rögzítése gyors képösszetűzéssel
A VHX sorozat képösszetűzési funkciója egyetlen gombnyomásra, gyorsan, elmozdulás nélkül összefűzi a különböző látómezők képadatait, akár 50 000 × 50 000 képpontos képet létrehozva ezáltal. Az azonos nagyítás és felbontás révén ezek a képek áttekintő nézetet biztosítanak a hatékonyabb megfigyeléshez.
Fémszerkezetek egy kattintásos mérése
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp automatikus területmérési funkciót kínál. Az egyszerűen, egér használatával vezérelhető egységgel gyorsan elvégezhet egy sor munkafolyamatot a fémszerkezetek nagyított képes megfigyelésétől és a területarányok kvantitatív értékelésétől kezdve az automatikus mérésen át egészen a jelentések exportálásáig.
Grafitgömbösödés megfigyelése és területarány-mérése
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp automatikus területmérési/részecskeszámlálási funkciót kínál. Az egyszerűen használható funkció egy meghatározott tartomány területarányának mérését és számlálását teszi lehetővé. A felesleges célterületek kizárhatók, az átfedésben lévő célterületek pedig elkülöníthetők. Ennek köszönhetően a mikroszkóppal végzett megfigyeléssel egy időben speciális mérési értékeket tekinthet meg táblázatos vagy grafikonos formátumban.
Iparági vezetők számára szükséges metallográfiai elemzés
A vállalatok, különösen az autógyártók azon dolgoznak, hogy fenntartsák vezető pozíciójukat az új anyagok és feldolgozási technológiák terén, és könnyebb és merevebb anyagok használata révén nagyobb üzemanyag-hatékonyságot érjenek el.
A metallurgiai elemzéshez VHX sorozatú nagy felbontású 4K-s digitális mikroszkópot használva nagy felbontású megfigyelést és mérést végezhet.
A számos egyéb fejlett funkcióval ellátott VHX sorozat hatékony eszköz lehet azokban az iparágakban, ahol gyors és pontos anyagválasztásra van szükség.
A VHX sorozattal kapcsolatos részletekért kattintson az alábbi gombra, és töltse le a katalógust. Kérdés esetén kattintson az alább látható másik gombra, és vegye fel a kapcsolatot a KEYENCE-szel.
