книги / Металлы и сплавы. Анализ и исследование. Физико-аналитические методы исследования металлов и сплавов. Неметаллические включения
.pdfЭтот метод, разработанный А.Г. Спектором, позволяет также определить величину удельной поверхности SV= 2PL, поскольку PL\ + Р п +
+ р[К = р,. Сумма всех Nv, позволяет вычислить общее число зерен в единице объема:
N v = j ^ N „
Гистограммы и функции распределения точно и быстро получают с помощью автоматизирован ных анализаторов изображений структур.
З.1.З.4. Оценка объемных долей многофазных структур
Другая практическая задача количественной материалографии, которая не менее важна по зна чимости, состоит в оценке объемных долей фаз
(структурных составляющих) в сплаве. Для ее ре шения также могут быть использованы таблицы (шкалы) с баллами для полуколичественного опи сания структурных составляющих. Например, ГОСТ 5640 предназначен для оценки металлогра фическим методом структурно свободного цемен тита, перлита, полосчатости и видманштеттовой структуры в листах и лентах из малоуглеродистых и углеродистых сталей. В этом документе содер жатся требования и рекомендации для проведе ния металлографического исследования, а также необходимые эталонные шкалы. Так, шкала 1 (табл. 3.1.3.3) предназначена для определения структурно свободного цементита в отожженной малоуглеродистой стали с содержанием углерода до 0,15 %. Она построена в зависимости от внут реннего строения металла с учетом следующих принципов, обозначенных как ряды:
А. Возможность образования цементитной сет ки по границам зерен. Для количественной харак теристики используется доля периметра отдель ных зерен феррита, охваченная сеткой цементита.
Б. Зависимость размеров частиц структурно свободного цементита, который образует одно слойные, двухслойные и многослойные цепочки различной протяженности.
В. Вероятность превращения равномерно рас пределенной (точечной) сыпи в неравномерную
полосчатую структуру.
Шкала 2 (табл. 3.1.3.4) служит для количест венной аттестации расположения перлита в мало углеродистой деформированной стали, содержа щей 0,1-0,3 % углерода. Она построена с учетом модификаций перлитной составляющей: зерни стой, сорбитообразной и неоднородной полосча
той.
Оценка полосчатости феррито-перлитной структуры в сталях с содержанием углерода до
0,5 % выполняется |
с помощью шкалы |
3 |
(табл. 3.1.3.5). Она |
построена в зависимости |
от |
возрастания количества ферритных полос с учетом их сплошности и наличия равноосных зерен.
Классификация видманштеттовых структур в перлитных сталях после перегрева производится с помощью шкалы 4 (табл. 3.1.3.6). В ней учтены количество и размеры игольчатых выделений фер рита, а также величина зерна, определяемая по ферритной сетке, соответствующей размеру дей ствительного аустенитного зерна.
Для оценки размеров колоний и толщины пла стин вторичной a -фазы используют эталонные шкалы 2 и 3 (рис. 3.1.37 и 3.1.38) совместно с табл. 3.1.3.8 и 3.1.3.9 соответственно. Рекоменду ется пользоваться увеличениями не менее х500.
В таблицы в качестве иллюстраций введены изображения типичных структур, которые выбо рочно взяты из ГОСТ 5640. На экране микроскопа они наблюдались при увеличениях х400 (шкалы 1 и 2) и х 100 (шкалы 3 и 4), а для таблицы уменьше ны в 5 раз. При пользовании шкалами стандарта необходимо указывать номер балла и буквенное обозначение ряда, например 1 А, ЗВ и т. д.
Для количественного описания двухфазных сплавов, например на основе титана, также приме
няются |
шкалы |
с набором |
эталонных |
структур. |
В ходе |
анализа, |
сравнивая |
выявленное |
строение |
с эталонами, с учетом увеличения микроскопа определяют балл шкалы и размеры соответствую щих структурных элементов. Необходимые дан ные приведены в табл. 3.1.3.7-3.1.3.14 и на рис. 3.1.36-3.1.42.
Таблица 3.1.3.3
Классификация структурно свободного цементита по шкале 1
Ьалл
РядА
Равномерно распределенная точеч
0
ная или мелкоглобулярная сыпь из цементитных частиц размером до 1-2 мм
Неравноосные включения цементита
1
с размером до 5 мм, расположенные равномерно в объеме зерен и на их стыках
Относительно равномерно распре деленные частицы цементита разме рами более 5 мм, имеющие склон ность к залеганию в виде сетки по границам зерен и охватывающие не более 1/6 периметра зерен феррита
2
Включения цементита, залегающие в виде сетки по границам зерен и охватывающие до 1/3 периметра зерен феррита
3
Включения цементита, залегающие
4
в виде сетки по границам зерен и охватывающие до 2/3 периметра зерен феррита
Включения цементита, образующие
5сплошную или почти сплошную сет ку по границам зерен феррита
Описание микроструктуры Ряд Б
Точечная или мелкоглобулярная сыпь из цементитных частиц, имеющих тенденцию к образо ванию однослойных цепочек
Частицы цементита размерами 1-2 мм, образующие однослой ные цепочки
Однослойные и двухслойные цепочки из частиц цементита размерами до 3 мм
Однослойные и двухслойные цепочки из частиц размерами до 5 мм
Двухслойные и трехслойные це почки, проходящие через все поле зрения и состоящие из частиц цементита размерами более 5 мм
Широкие многослойные цепоч ки, проходящие через все поле зрения и состоящие из крупных (более 5 мм) частиц
Ряд В Точечная или мелкоглобулярная
сыпь, равномерно распределен ная по полю шлифа и имею щая некоторую ориентировку в направлении деформации Мелкоглобулярная сыпь с размерами частиц 1-2 мм, ориентированная в направле нии деформации
Небольшие скопления частиц цементита размерами 1-2 мм, ориентированные в направле нии деформации
Глобулярные частицы разме рами 2-3 мм, расположенные в виде скоплений и разорван ных полос, вытянутых в на правлении деформации
Структура соответствует баллу 4 ряда Б
Структура соответствует баллу 5 ряда Б
Таблица 3.1.3.4
Аттестация перлитных структур в малоуглеродистой деформированной стали по шкале 2
Балл
РядА
Равномерно или относительно
0
равномерно распределенный зер нистый перлит с размерами частиц от мелкоглобулярного до 1-2 мм
Небольшая строчечность зернисто
1го перлита в направлении дефор мации
Неравномерное распределение зернистого перлита, расположен ного в виде скоплений, ориентиро ванных в направлении деформации
Описание микроструктуры
Ряд Б
Равномерно распределенные в поле зрения участки зерна перлита
Небольшое количество участ ков сорбитообразного перлита, слабо ориентированного в на правлении деформации
Более крупные участки сорби тообразного перлита, ориенти рованные в направлении дефор мации
Ряд В
Равномерно распределенные в поле зрения небольшие участки тонкопластинчатого перлита
Относительно равномерно рас пределенные более крупные участки перлита, слабо ориен тированные в направлении де формации
Неоднородные по величине участки перлита, имеющие строчечное распределение
2 |
/ - |
* |
А |
|
Аца®?- |
' |
|
Более крупные скопления зерни стого перлита, ориентированные в направлении деформации
3
Одна сплошная и несколько
4разорванных полос зернистого перлита
Ярко выраженное полосчатое
5распределение глобулярного перлита
Более крупные участки сорби тообразного перлита, имеющие строчечное распределение
Сорбитообразный, местами пластинчатый перлит, имею щий строчечное распределение
Крупные участки сорбитооб разного и грубопластинчатого перлита, имеющего ярко выра женное строчечное распределе ние (ширина строчек не менее 1/5 диаметра поля зрения)
Скопления перлита в виде крупных участков, имеющих строчечное распределение
Одна или несколько разорван ных полос перлита, проходя щих через все поле зрения
Широкие сплошные полосы перлита более грубого строе ния, проходящие через все поле зрения
Балл
0
1
2
Балл
0
Таблица 3.1.3.5
Оценка полосчатости в структуре сталей с помощью ш калы 3
Ряд А
Равноосные зерна феррита и не большое количество перлита с полным отсутствием полосчатости
Общая ориентировка структуры в направлении деформации без четко выраженных полос
Одна-две сплошные полосы феррита на фоне равноосных зерен
Несколько полос феррита, про ходящих через все поле зрения, на фоне равноосных зерен
Чередование полос из мелких равноосных и более крупных деформированных зерен фер рита
Чередование полос из мелких равноосных и большого коли чества более крупных дефор мированных зерен
Описание микроструктуры
Ряд Б
Равномерная феррито-перлитная структура с полным отсутствием полосчатости
Общая ориентировка структуры в направлении деформации без четко выраженных полос
_____________Ряд В___________
Равномерная перлито-ферритная структура с полным отсутствием полосчатости
Ориентировка скоплений ферри та в направлении деформации
Одна-две сплошные и несколько разорванных полос из равноос ных зерен феррита
Чередование ферритных и пер литных полос, состоящих из рав ноосных зерен
Равномерное чередование феррит ных и перлитных полос, состоящих из равноосных и некоторого коли чества деформированных зерен
Неравномерное чередование ферритных и перлитных полос, состоящих преимущественно из деформированных зерен
Одна-две сплошные и несколько разорванных полос из равноос ных зерен феррита и перлита
Чередование ферритных и пер литных полос, состоящих из рав ноосных зерен
Равномерное чередование феррит ных и перлитных полос, состоящих из равноосных и некоторого коли чества деформированных зерен
Неравномерное чередование ферритных и перлитных полос, состоящих преимущественно из деформированных зерен
|
Таблица 3.1.3.6 |
Оценка видманштеттовой структуры в сталях по шкале 4 |
|
Описание микроструктуры |
|
РядА |
Ряд Б |
Равномерная феррито-перлитная структура с пол |
Равномерная перлито-ферритная структура с пол |
ным отсугствием признаков видманштетта |
ным отсутствием признаков видманштетта |
|
|
Окончание табл. 3.1.3.6 |
|
Балл |
Описание микроструктуры |
||
РядА |
_____________________ Ряд Б_____________________ |
||
|
|||
1 |
Наличие в структуре ферритных зерен, имеющих |
Наличие в структуре зерен феррита оскольчатой |
|
неправильную оскольчатую форму |
формы и небольшого количества отростков от сетки |
||
|
|
феррита по границам зерен |
|
|
Наличие в структуре отдельных участков, имею |
Наличие в структуре игл, отходящих от сетки фер |
|
|
щих игольчатое строение |
рита по границам зерен |
|
2 |
|
|
|
Видманштеттова структура с тонкими иглами, |
Видманштеттова структура со значительным коли |
отходящими от ферритной сетки и расположен |
чеством тонких игл внутри зерен и отходящих от |
ными внутри зерен |
сетки по границам зерен |
3
Ярко выраженная видманштеттова структура |
Ярко выраженная видманштеттова структура с |
|
большим количеством длинных игл, отходящих от |
|
сетки феррита по границам зерен |
4
Ярко выраженная грубая видманштеттова струк тура с массивными иглами и ферритной сеткой по границам зерен
Ярко выраженная грубая видманштеттова структу ра с массивными иглами и толстой ферритной сет кой по границам зерен
Таблица 3.1.3.7
Определение размеров р-зерен с учетом увеличения микроскопа
Средний диаметр P-зерна, мкм,
Увеличение |
|
для баллов шкалы 1 |
|
||||
микроскопа |
|
|
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
|||||||
50 |
100 |
200 |
300 |
400 |
600 |
1000 |
|
100 |
50 |
100 |
150 |
200 |
300 |
500 |
|
200 |
25 |
50 |
75 |
100 |
150 |
250 |
|
300 |
17 |
35 |
50 |
70 |
100 |
170 |
|
400 |
12 |
25 |
35 |
50 |
70 |
120 |
|
500 |
10 |
20 |
30 |
40 |
60 |
100 |
|
800 |
7 |
13 |
20 |
25 |
40 |
70 |
|
1000 |
5 |
10 |
15 |
20 |
30 |
50 |
|
Таблица 3.1.3.8
Оценка линейных размеров а-колоний
Средний размер а-колоний,;МКМ, Увеличение для баллов шкалы 2 микроскопа
|
1 |
2 |
3 |
4 |
100 |
50 |
100 |
200 |
300 |
200 |
25 |
50 |
100 |
150 |
300 |
17 |
35 |
70 |
100 |
400 |
12 |
25 |
50 |
75 |
О О |
10 |
20 |
40 |
60 |
|
||||
800 |
6 |
12 |
25 |
35 |
1000 |
5 |
10 |
20 |
30 |
Таблица 3.1.3.9
Определение толщины а-пластин
Толщина а-пластин, мкм, Увеличение для баллов шкалы 3 микроскопа
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
200 |
2,5 |
5,0 |
7,5 |
10 |
15 |
20 |
300 |
1,5 |
3,0 |
4,5 |
6,0 |
9,0 |
12 |
400 |
1,3 |
2,5 |
4,0 |
5,0 |
7,5 |
10 |
500 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
4,0 |
60 |
8 |
800 |
0,6 |
1,3 |
2,0 |
2,6 |
4,0 |
5 |
1000 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
3,0 |
4 |
Таблица 3.1.3.10
Оценка количественного соотношения
первичной а-фазы
исмеси из вторичной а-фазы
иостаточной Р-фазы
Балл |
Количество, % |
|
|
вторичной а-фазы и |
|
шкалы 4 |
первичной а-фазы |
|
|
|
остаточной Р-фазы |
1 |
85 |
15 |
2 |
70 |
30 |
3 |
50 |
50 |
4 |
30 |
70 |
5 |
10 |
90 |
Таблица 3.1.3.11
Оценка степени сфероидизации а-пластин в структуре переходного типа
|
|
Количество сфероидизиро- |
Балл |
Степень |
ванной а-фазы относительно |
шкалы 5 |
сфероидизации |
общего объема первичной |
|
|
а-фазы, % |
1 |
Нулевая |
— |
2 |
Малая |
20 |
3 |
Средняя |
20-50 |
4 |
Значительная |
60-80 |
5 |
Полная |
85 |
Таблица 3.1.3.12
Определение количественного соотношения первичной а-фазы и смеси
вторичной а-фазы и остаточной Р-фазы в структуре переходного типа
Балл шкалы 6 |
Количество, % |
|
|
первичной а-фазы |
смеси |
||
|
|||
1 |
85 |
15 |
|
2 |
70 |
30 |
|
3 |
50 |
50 |
|
4 |
30 |
70 |
|
5 |
10 |
90 |
|
|
|
|
Таблица 3.1.3.13 |
Колония а-пластин (a -колония) представляет |
||||||||||||
Оценка размеров частиц первичной а-фазы |
собой пачку из параллельных пластин a -фазы. Ко |
||||||||||||||||
лонии |
различают |
по |
изменению |
направления |
|||||||||||||
|
|
Диаметр частиц а-фазы для балла |
|||||||||||||||
Увеличение |
а-пластин. Для определения величины а-колоний |
||||||||||||||||
шкалы 7 (по горизонтали), мкм |
анализируемую |
структуру |
сравнивают |
со |
шка |
||||||||||||
микроскопа |
|||||||||||||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
лой 2 |
(рис. 3.1.37) |
и обращаются к табл. 3.1.3.8, |
|||||||||||
|
|
||||||||||||||||
|
200 |
5,0 |
10 |
20 |
30 |
оставляя без внимания другие параметры внут |
|||||||||||
|
300 |
3,3 |
6,6 |
13 |
20 |
реннего строения. |
|
|
а-пластин необходимо |
||||||||
|
400 |
2,5 |
5,0 |
10 |
15 |
Для оценки |
толщины |
||||||||||
|
сравнивать анализируемую структуру со шкалой 3 |
||||||||||||||||
|
500 |
2,0 |
4,0 |
8 |
12 |
||||||||||||
|
эталонов (рис. 3.1.38) |
и использовать данные |
из |
||||||||||||||
|
600 |
1,7 |
3,3 |
6,5 |
10 |
||||||||||||
|
табл. 3.1.3.9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
700 |
1,4 |
2,8 |
3,5 |
8,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
В титановых сплавах первичная a -фаза выделя |
||||||||||||||||
|
800 |
1,25 |
2,5 |
5,0 |
7,5 |
||||||||||||
|
ется при более высоких температурах, чем вто |
||||||||||||||||
|
1000 |
1,0 |
2,0 |
4,0 |
6,0 |
||||||||||||
|
ричная a -фаза. Вторичная a -фаза выделяется в |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
прослойках между пластинами первичной а-фазы. |
|||||||||||
|
|
|
|
Таблица 3.1.3.14 |
Определение количества первичной а-фазы начи |
||||||||||||
|
Оценка количественного соотношения |
нают с оценки толщины ее пластин. Затем подби |
|||||||||||||||
|
рают увеличение |
микроскопа так, |
чтобы на изо |
||||||||||||||
первичной a -фазы и смеси из вторичной |
|||||||||||||||||
бражении |
анализируемой |
структуры |
толщина |
||||||||||||||
|
a -фазы и остаточной Р-фазы |
||||||||||||||||
|
а-пластин составляла 0,5; 1 или 2 мм. Именно для |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Балл шкалы 7 |
|
Количество, % |
этих |
толщин |
составлена |
эталонная |
шкала |
4 |
|||||||||
(по вертикали) |
первичной а-фазы |
|
смеси |
(рис. 3.1.39). В первый ряд (1) помещены шкалы |
|||||||||||||
|
А |
|
85 |
|
15 |
для толщины 0,5 мм, во второй ряд (2) — для тол |
|||||||||||
|
|
|
щины |
1 мм, а в третий ряд (3) — |
для толщины |
||||||||||||
|
Б |
|
70 |
|
30 |
||||||||||||
|
|
|
2 мм. При анализе структуры подбирают эталон- |
||||||||||||||
|
В |
|
60 |
|
40 |
||||||||||||
|
|
|
аналог и с помощью табл. 3.1.3.10 определяют со |
||||||||||||||
|
Г |
|
50 |
|
50 |
||||||||||||
|
|
|
отношение первичной а-фазы (светлые участки |
||||||||||||||
|
Д |
|
40 |
|
60 |
структуры) и смеси вторичной а-фазы и остаточ |
|||||||||||
|
Е |
|
25 |
|
75 |
ной p-фазы (темные участки структуры). |
|
|
|
||||||||
|
Ж |
|
10 |
|
90 |
2. |
Определение |
параметров |
переходной |
(сме |
|||||||
|
|
|
|
|
|
шанной) структуры. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Сплавы на основе титана имеют пластинчатое, |
Анализ |
начинают |
с |
определения |
размеров |
||||||||||||
смешанное (переходное) и глобулярное строение. |
P-зерен. Величину деформированных Р-зерен |
||||||||||||||||
Для каждого вида структуры разработано семь |
(когда они различимы в структуре) и рекристалли- |
||||||||||||||||
эталонных шкал. |
|
|
|
зованных зерен определяют по шкале |
1 с |
помо |
|||||||||||
1. |
Определение |
параметров |
пластинчатой щью табл. 3.1.3.7. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
структуры. |
|
|
|
|
Внутреннее строение переходного типа отлича |
||||||||||||
В сплавах |
на основе |
титана размеры Р-зерен |
ется от пластинчатой структуры искаженной фор |
||||||||||||||
могут изменяться от нескольких микрометров до |
мой а-пластин: они изогнуты, деформированы, |
||||||||||||||||
нескольких миллиметров. Увеличение микроскопа |
часто сфероидизированы. Между тем, а-пластины |
||||||||||||||||
необходимо выбирать с таким расчетом, чтобы в |
различимы и поддаются описанию с помощью |
||||||||||||||||
поле зрения находилось несколько целых зерен. |
приведенных шкал. Например, размеры а-колоний |
||||||||||||||||
Для выбранного увеличения микроскопа, пользу |
определяют |
аналогично структуре |
пластинчатого |
||||||||||||||
ясь табл. 3.1.3.7, определяют размер P-зерен, срав |
типа по шкале 2 (рис. 3.1.37) и табл. 3.1.3.8, а тол |
||||||||||||||||
нивая изображение выявленной структуры с эта |
щину а-пластин — по шкале 3 |
(рис. 3.1.38) |
и |
||||||||||||||
лонной шкалой 1 (рис. 3.1.36). |
|
|
|||||||||||||||
|
|
табл. 3.1.3.9. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
