Исследование микроструктуры методами количественной металлографии
 |
В настоящее время в большинстве металлографических лабораторий НИИ, ВУЗов, заводов, анализ микроструктуры осуществляют на универсальных металлографических микроскопах различных отечественных и зарубежных производителей. Оптическая схема типичного металлографического микроскопа приведена на рис. 6.5. При необходимости фиксации результатов используют адаптеры для крепления цифровой фотокамеры к окуляру или (если оно имеется) к спе-
циальному гнезду. На рис. 6.5 - это место выхода расширяющегося вверх по оптической оси светового конуса.
Ряд зарубежных производителей оптических микроскопов разработали программные комплексы для обработки оптических изображений с видеонасадки, установленной на универсальном (лучше исследовательском) металлографическом микроскопе, и получения количественных характеристик микроструктур для анализа или статистической обработки изображений. В России такие программные комплексы современного уровня разработали в Санкт Петербурге (СПбГПУ - «Thixomet»), в Екатеринбурге (ООО «СИАМС» - «SIAMS-700»), Москве (ООО «Новые Экспертные Системы» – «ImageExpert»). Эти программные комплексы русифицированы и адаптированы для Российских пользователей. Использование программных комплексов позволяет осуществлять как рутинные методы оценки структур по стандартным процедурам, требующихся в заводской практике, так и проведение исследовательских работах самого разнообразного назначения. Аналогичные программные комплексы используются и при анализе изображений в оптических стереомикроскопах и при анализе изломов в РЭМ.
ОАО «ЛОМО» разработало цифровой микроскоп «Микровизор» со встроенным программным комплексом, позволяющем фиксировать и обрабатывать изображение и осуществлять сравнение микроструктур со шкалами ГОСТов, хранящихся в памяти. Металлографический вариант прибора используется при проведении НИР и лабораторных работ кафедры «Машиностроение и прикладная механика» ВИТИ НИЯУ МИФИ.
3.1. Методические основы и практические приемы количественного анализа
структуры материалов
Свойства любого сплава (технологические, механические, коррозионные) определяются его структурой. Структура, в свою очередь, зависит от химического состава сплава, технологии его получения и последующей обработки посредством механических, термических, химических, физических и других (в том числе комбинированных) воздействий. Поэтому имеются большие возможности создавать сплавы с нужными сочетаниями свойств благодаря получению структуры, которая эти свойства обеспечивает. Важную роль при этом играют методы наблюдения и оценки структуры.
Существуют три способа оценки микроструктуры:
1) качественно-описательная;
2) полуколичественная (сравнение с эталонными стандартными шкалами по баллам);
3) количественная оценка геометрических параметров микроскопического строения.
Первые два способа оценки описаны в методических указаниях к работе № 5. Они имеют субъективный характер и зависят от квалификации исполнителя. При полуколичественной оценке по стандартным процедурам, описанных в ГОСТах, производится усреднение результатов, полученных на нескольких полях зрения. Это достаточно трудоемкая процедура, которая дополняется необходимостью ручного составления протокола анализа.
Наиболее рациональной и эффективной является строго количественная, объективная оценка геометрических параметров микроструктуры, позволяющая воспользоваться эффективным математическим аппаратом и вычислительной техникой для получения достоверных зависимостей между структурой, составом и технологией обработки сплава.
При количественной оценке определяются следующие структурные характеристики:
величина зерна; линейные размеры элементов структуры; величина удельной протяженности границ; удельный объем фаз (элементов структуры, пор, неметаллических включений).
Установление достоверного значения любого из параметров двумерной, а тем более объемной, структуры является длительным и трудоемким процессом, так как требует измерения или подсчета сотен, а иногда и тысяч элементов структуры.
Использование видеонасадок к микроскопам или другой встроенной цифровой техники существенно ускоряет процесс анализа изображения микроструктуры. Кроме этого он освобождает наблюдателя от напряженной зрительной работы и дает более высокую точность результатов.