Normy przemysłowe i ocena ilościowa analizy wielkości ziarna w strukturze metalu
Struktura metalu i właściwości mechaniczne różnych materiałów metalicznych zmieniają się w wyniku obróbki cieplnej i innych czynników. Aby prawidłowo ocenić materiały, konieczna jest rzetelna analiza wielkości ziarna, zgodna z normami przemysłowymi.
W tej części przedstawiono przykłady zastosowania mikroskopu cyfrowego 4K firmy KEYENCE, który rozwiązuje problemy z wizualnym porównaniem w konwencjonalnej analizie wielkości ziarna i automatycznie oblicza numery wielkości ziarna zgodnie z normami przemysłowymi.
- Właściwości mechaniczne i wielkość ziarna w materiałach metalicznych
- Metody oceny struktury metalu poprzez analizę wielkości ziarna
- Problemy w analizie wielkości ziarna
- Ocena ilościowa i usprawnienie analizy wielkości ziarna za pomocą pomiaru wielkości ziarna
- Pojedyncze urządzenie, które wykonuje szeroki zakres operacji od obserwacji struktury metalu do analizy wielkości ziaren
Właściwości mechaniczne i wielkość ziarna w materiałach metalicznych
Materiały metaliczne są powszechnie stosowane nie tylko w przemyśle samochodowym, ale także w wielu innych dziedzinach i produktach, od infrastruktury po budynki i urządzenia elektryczne/elektroniczne. Ich rodzaje są również bardzo zróżnicowane i należy wybrać odpowiednie materiały w zależności od zastosowania i celu. Na przykład wymagane właściwości mechaniczne materiałów metalicznych stosowanych w karoserii samochodowej i elementach silnika znacznie się różnią. Oprócz znajomości rodzajów materiałów metalicznych, np. czystych metali takich jak żelazo i aluminium, ważna jest także wiedza na temat struktur metali i właściwości mechanicznych zmieniających się w wyniku obróbki cieplnej i innych czynników.
Struktury metaliczne to elementy polikrystaliczne o strukturach krystalicznych złożonych z wielu ziaren. Pomiędzy ziarnami znajduje się obszar o zniekształconym układzie atomów, którego granica nazywana jest granicą ziarna.
Nawet w przypadku tych samych metali i stopów, obróbka cieplna lub inna powoduje, że ziarna układają się w specyficzny wzór, ponieważ ich atomy rosną, w wyniku czego granica ziaren jest inna niż przed obróbką. Wraz ze zmianą wielkości ziaren zmieniają się właściwości mechaniczne. Dlatego wielkość ziaren materiału zmieniona w wyniku obróbki cieplnej i innych zabiegów jest ważnym czynnikiem w ocenie właściwości mechanicznych.
Metody oceny struktury metalu poprzez analizę wielkości ziarna
Analizując wielkość ziaren w strukturze metalu, można sprawdzić i ocenić, czy materiał metaliczny posiada pożądane właściwości mechaniczne. Ogólnie rzecz biorąc, przeprowadza się analizę wielkości ziarna, w której przygotowuje się próbkę struktury metalu w celu zbadania wielkości ziarna i rozkładu ziaren za pomocą mikroskopu metalurgicznego.
Istnieją różne normy dotyczące analizy wielkości ziarna. Na przykład w Stanach Zjednoczonych analizę przeprowadza się zgodnie z normą ASTM E112-13: Standardowe metody badań do określania średniej wielkości ziarna.
W wielu przypadkach wielkość ziaren analizuje się wzrokowo, stosując metodę porównawczą. Zasadniczo wielkość ziaren szacuje się lub identyfikuje przy użyciu następujących metod.
- Wizualne porównanie za pomocą wzorców
- Operator szacuje numer wielkości ziarna poprzez wizualne porównanie próbki struktury metalicznej powiększonej pod mikroskopem z wzorcem.
- Porównanie wizualne za pomocą diagramów wielkości ziaren
- Diagram wielkości ziaren do okularu, w którym umieszczony jest obraz wzorca wielkości ziaren, stosowany jest w mikroskopie metalurgicznym w celu umożliwienia kontroli wzrokowej zarówno powiększonej próbki, jak i wzorca w polu widzenia.
- Wielkość i średnica ziarna
- Do określenia wielkości ziarna niekiedy wykorzystywana jest także wartość jego średnicy. Na ogół wielkość ziarna jest określana za pomocą numeru wielkości ziarna na wzorcu zgodnym z normami branżowymi. Z drugiej strony, średnica ziarna jest określana za pomocą wartości średnicy ziarna.
W wielu przypadkach można spotkać się z twierdzeniem, że im większy numer wielkości ziarna (im mniejsza średnica ziarna), tym lepsze właściwości mechaniczne posiada materiał metaliczny.
Problemy w analizie wielkości ziarna
Analiza wielkości ziarna za pomocą metody porównawczej wiąże się z następującymi problemami.
- Analizy wielkości ziarna przy użyciu wzorców lub diagramów wielkości ziarna przeprowadza się poprzez porównanie wzrokowe, dlatego kontrole te wymagają pewnej biegłości. Ponadto różnice w wynikach analizy między różnymi operatorami uniemożliwiają ocenę ilościową.
- Jeśli na mikroskopie metalurgicznym zamontowana jest kamera, zapisywany jest tylko obraz struktury metalu. Powoduje to na przykład następujące problemy: nie jest możliwe uzyskanie obrazu porównawczego, na którym uchwycony został również wykres wielkości ziarna dla obiektywu okularowego oraz nie jest rejestrowany punkt przecięcia konstrukcji metalowej, w którym przeprowadzono porównanie i analizę.
- Ręczne wprowadzanie wyników analizy na papierze lub komputerze wymaga czasu i wysiłku, a takie operacje wiążą się również z ryzykiem nieprawidłowej oceny z powodu błędnego wprowadzenia danych.
Ocena ilościowa i usprawnienie analizy wielkości ziarna za pomocą pomiaru wielkości ziarna
Mikroskop cyfrowy KEYENCE serii VHX o ultra wysokiej rozdzielczości 4K rozwiązuje różne problemy w analizie wielkości ziaren i umożliwia dokładną analizę, pomiar i ocenę ilościową wielkości ziaren za pomocą prostych operacji, niezależnie od poziomu zaawansowania inspektora.
Seria VHX jest wyposażona w obiektyw o wysokiej rozdzielczości, matrycę CMOS 4K oraz specjalnie zaprojektowane systemy obserwacyjne i pomiarowe. Seria VHX nie tylko zapewnia użytkownikom powiększone obrazy o wysokiej rozdzielczości 4K, ale ten najnowocześniejszy mikroskop cyfrowy oferuje również wszechstronne funkcje wymagane do analizy wielkości ziarna struktury metalu, w tym bardzo dokładne pomiary 2D i 3D oraz pomiar wielkości ziarna (który automatycznie oblicza numery wielkości ziarna zgodnie z normami przemysłowymi).
Ponadto, wyniki wielu rozmów w zakładach produkcyjnych wskazują na intuicyjny interfejs użytkownika i łatwość obsługi, która nie zależy od poziomu zaawansowania użytkownika.
W tej części przedstawiono przykłady zastosowania urządzeń serii VHX do analizy, pomiarów i oceny ilościowej wielkości ziarna.
Ocena ilościowa zgodna z normami przemysłowymi za pomocą funkcji pomiaru wielkości ziarna
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX może automatycznie obliczać wielkość ziarna zgodnie z normami przemysłowymi, takimi jak ASTM E1382, na podstawie powiększonych obrazów w wysokiej rozdzielczości. Można również wybrać metodę pomiarową odpowiednią dla materiału metalicznego na podstawie liczby punktów przecięcia i dodatkowej liczby ziaren.
W porównaniu wizualnym, jeżeli nie jest jasne, któremu numerowi wielkości ziarna odpowiada dane ziarno, wyniki oceny mogą być różne u różnych operatorów.
Jednak w przypadku serii VHX numer wielkości ziarna może być określony ilościowo poprzez dokładny pomiar.
Mniejszy wpływ stanu wypolerowania próbki struktury metalu
Jeśli powierzchnia obserwacyjna próbki nie jest płaska (np. nieregularna polerowana powierzchnia próbki zatopionej w żywicy), możliwe jest ustawienie ostrości tylko na części obiektu ze względu na ograniczenia głębi ostrości.
W mikroskopie cyfrowym 4K serii VHX, kompozycja głębi w czasie rzeczywistym umożliwia natychmiastowe uzyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, w których całość obserwowanej próbki jest w pełni zogniskowana, nawet w przypadku osadzonej w żywicy próbki o nachylonej lub nierównej powierzchni.
Umożliwienie łatwego pozyskiwania obrazów szerokokątnych o wysokiej rozdzielczości
Funkcja łączenia obrazów w mikroskopie cyfrowym 4K serii VHX umożliwia ciągłe przechwytywanie obrazów, przy czym stolik jest sterowany automatycznie, jednym naciśnięciem przycisku. Dane obrazu z różnych pól widzenia mogą być szybko połączone bez żadnych nieprawidłowości w celu uzyskania obrazu o maksymalnej rozdzielczości 50 000 × 50 000 pikseli. Przy niezmienionym powiększeniu i rozdzielczości obraz ten może być wykorzystany jako widok z lotu ptaka, umożliwiający efektywną obserwację.
Pojedyncze urządzenie, które wykonuje szeroki zakres operacji od obserwacji struktury metalu do analizy wielkości ziaren
Mikroskop cyfrowy o ultrawysokiej rozdzielczości 4K serii VHX jest wyposażony nie tylko w przedstawione tu funkcje, ale także wiele innych wykorzystywanych podczas obserwacji, analiz i kontroli materiałów metalicznych.
Seria VHX oferuje zarówno łatwość obsługi, jak i wielofunkcyjność, czego przykładem jest funkcja usuwania blasku niewrażliwa na odbicia światła charakterystyczne dla powierzchni metalowych oraz dokładne pomiary 2D i 3D z dokładnością do submikronów, które użytkownicy mogą wykonywać, po prostu wybierając powiększony obraz.
W urządzeniach serii VHX można również zainstalować program Excel. Funkcja raportowania serii VHX automatycznie wprowadza zawartość, taką jak powiększone obrazy i wartości pomiarowe do żądanego szablonu. Wystarczy jeden mikroskop, aby szybko i łatwo wykonać szereg zadań, co znacznie poprawia wydajność pracy.
Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat serii VHX, kliknij przycisk poniżej i pobierz katalog. W przypadku zapytań, kliknij poniżej przycisk umożliwiający kontakt z firmą KEYENCE.
