pomiar wielkości ziarna w metalach i stopach

Politechnika Opolska
Wydział Mechaniczny
Katedra Technologii Maszyn
I Automatyzacji Produkcji
Metaloznawstwo.
Materiałoznawstwo.
Metaloznawstwo i materiały konstrukcyjne
POMIAR WIELKOŚCI ZIARNA W METALACH I STOPACH
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie się z metodyką określania wielkości ziaren metali i stopów.
Nabycie umiejętności weryfikacji stosowanych technik oceny parametrów struktury.
1. Wyposażenie stanowiska.
-
zdjęcia struktur metalograficznych wykonane przy różnych powiększeniach;
norma PN-84/H-04507
instrukcja do ćwiczenia
kalka techniczna
2. Przebieg ćwiczenia.
Zadanie 1: Stosując metodę porównawczą, dokonać oceny parametrów struktury, przy
użyciu skali wzorców ASTM, dla obrazów tej samej struktury wykonanych przy
powiększeniu x100, x200:
1.1 dla obrazu struktury wykonanym przy powiększeniu g = x100, ze skali wzorców ASTM,
odczytać nr wzorca G i obliczyć parametry struktury wg wzorów:
średnia powierzchnia ziarna:
liczba ziaren NA na mm2:
ã = 488,2*2(8-G)*10-6 [mm2]
NA = 8*2G
średnia średnica ziarna:
d=
4ã

Otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
1.2 dla obrazu struktury wykonanym przy powiększeniu g = x200, ze skali wzorców ASTM,
odczytać nr wzorca W i obliczyć rzeczywisty nr wzorca G wg wzorów:
K = 6,64*log(g/100)
gdzie: g - powiększenie przy którym zrobiono zdjęcie
(inne niż powiększenie x100),
G=W+K
gdzie: W – nr wzorca odczytany, dla zdjęcia struktury
przy powiększeniu innym niż x100, ze skali ASTM.
1.3 Dla wyznaczonej wartości G obliczyć parametry struktury, korzystając ze wzorów
zawartych w p. 1.1.
Otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
Zadanie 2: Określić parametry ziaren metodą Jeffriesa – I wariant (kołowy):
2.1 na obrazie struktury wykonanej przy powiększeniu x100 wykonać:
-
wykreślić okrąg o średnicy D = 79,8 mm,
zliczyć liczbę ziaren leżących w całości w okręgu (nw),
zliczyć liczbę ziaren przeciętych przez okrąg (ni),
obliczyć całkowitą liczbę ziaren (nt) na obserwowanej powierzchni A:
nt = nw + 0,5ni
2.2 obliczyć parametry struktury:
średnia powierzchnia ziarna:
liczba ziaren NA na mm2:
NA = nt / A
ã = 1 / NA
gdzie:
średnia średnica ziarna:
[1/mm2]
2
A = 0,50 [mm ]
d=
4ã

Otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
Zadanie 3: Określić parametry ziaren metodą Jeffriesa z poprawką Sałtykowa:
3.1 obliczyć wartość współczynnika korekcji k:
k = 0,5 – d/(4D’)
gdzie d – średnia średnica ziarna w [mm] (obl. pkt. 2.2),
D’ – rzeczywista średnica pola obserwacji [mm]
(D’ = 0,798 [mm])
3.2 obliczyć całkowitą liczbę ziaren (nt) na obserwowanej powierzchni A ze wzoru:
nt = nw + k*ni
wartości nw i ni przyjąć z obliczeń w pkt. 2.1
3.3 dla obliczonej wartości nt (uwzględniającą poprawkę Sałtykowa) obliczyć ponownie
parametry struktury NA, ã, d (jak w pkt. 2.1, 2.2),
3.4 Otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
Zadanie 4: Określić parametry ziaren metodą Jeffriesa (I wariant) i Jeffriesa z poprawką
Sałtykowa dla obrazu struktury wykonanego przy powiększeniu x200:
-
procedury obliczeniowe do wyznaczenia nw, ni, nt, takie jak w zadaniu 2 i w zadaniu 3),
wartość k obliczamy przyjmując D’= 0,399 [mm],
wartość NA, dla obrazu struktury o powiększeniu innym niż x100, obliczamy ze wzoru:
NA = 2 (g/100)2 nt
gdzie g – wartość powiększenia obrazu (inna niż x100),
- parametry struktury ã, d obliczamy korzystając z wzorów zawartych w zad. 2 pkt. 2.2.
Otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
Zadanie 5 Określić parametry struktury metodą Jeffriesa – II wariant (kwadrat):
5.1 na obrazie struktury uzyskanym przy powiększeniu x100 wykonać:
- narysować kwadrat o boku b = 70 mm,
- zliczyć liczbę ziaren leżących w całości w polu kwadratu (nw),
- zliczyć liczbę ziaren przeciętych przez linie boków kwadratu (ni), (nie liczyć ziaren w
narożach),
- obliczyć całkowitą liczbę ziaren (nt) na obserwowanej powierzchni A:
nt = nw + 0,5ni + 1
-
obliczyć liczbę ziaren NA przypadającą na jeden mm2 powierzchni:
NA = nt / A
-
[1/mm2]
gdzie
A = 0,50 [mm2]
obliczyć pozostałe parametry struktury wykorzystując wzory z pkt. 2.2,
otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
5.2 na obrazie struktury wykonanym przy powiększeniu x200 wykonać:
- narysować kwadrat o boku b = 70 mm,
- obliczyć wartości (nw), (ni), (nt),
- obliczyć NA, ze wzoru jak w zadaniu 4,
- obliczyć pozostałe parametry struktury wykorzystując wzory z pkt. 2.2,
- otrzymane wartości parametrów struktury zamieścić w tabeli wyników.
WYNIKI UZYSKANE Z REALIZACJI ZADAŃ ZESTAWIĆ W TABELI:
Metoda
Powiększenie
obrazu
struktury
nw
ni
nt
Porównawcza
ASTM
X100
X200
-
-
-
Jeffriesa
(I wariant)
X100
X200
Jeffriesa z popr.
Sałtykowa
X100
X200
Jeffriesa
(II wariant)
X100
X200
Parametry badanej struktury
NA
Ã
[1/mm2]
[mm2]
d
[mm]
Uwagi do sprawozdania.
Sprawozdanie powinno zawierać:
-
wstęp obejmujący krótką charakterystykę poszczególnych metod określania wielkości
ziaren w metalach i stopach;
kalki z przerysowanymi strukturami;
obliczenia wybranych parametrów dla poszczególnych metod
wnioski.
Literatura:
[1]
PN-84/H-04507/01: Metale. Metalograficzne badania wielkości ziarna. Mikroskopowe
metody określenia wielkości ziarna. Polski Komitet Normalizacji Miar i Jakości.
[2]
Ryś J.: Stereologia materiałów, Fotobit Design, Kraków 1995.
[3]
Ćwiczenia laboratoryjne z materiałoznawstwa pod red. Haimanna R., skrypt
Politechnika Wrocławska, Wrocław 1980.
[4]
Sokołowski J., Hubner K., Nosiła M., Pluta B.: Metalografia ilościowa. Automatyczne
metody pomiarów, skrypt Politechnika Śląska, Gliwice 1979.
Zagadnienia do tematu:
1. Co to jest metalografia ilościowa?
2. Na czym polegają metody porównawcze w metalografii?
3. Metody określania objętościowego udziału faz lub składników mikrostruktury:
planimetryczna, liniowa, punktowa.
4. Dla zadanej struktury wyznaczyć metodą liniową lub punktową objętościowy udział
faz. Opisać poszczególne kroki zadania. (pytanie dotyczy tylko kolokwium).
Zagadnienia 1-3 opracować jako wstęp teoretyczny do sprawozdania.
UWAGI: na zajęcia proszę przynieść kalkę techniczna, linijkę, ołówek, kalkulator