INŻYNIERIA MATERIAŁOWA

LABORATORIUM

INSTRUKCJA

ĆWICZENIE NR. 8

TEMAT: Metalografia ilościowa - wyznaczaniem udziałów objętościowych faz stopu za pomocą metody węzłowej

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wyznaczaniem udziału objętościowego faz za pomocą metody węzłowej.

2. Podstawowe informacje dotyczące metalografii ilościowej

W obecnie wykonywanych pracach naukowych z zakresu inżynierii materiałowej, coraz częściej jakościowy opis mikrostruktury staje się niewystarczający, ponieważ jest on w pewnym stopniu uzależniony od subiektywnej oceny przeprowadzającej go osoby. Dlatego też wprowadza się ilościowe charakterystyki opisujące badaną mikrostrukturę. Zasadniczymi problemami związanymi z ilościową charakterystyką mikrostruktury są: niejednorodność struktury, zróżnicowanie wielkości ziarn, segregacja składników mikrostruktury itp. W takim przypadku niezbędne jest przeprowadzenie większej liczby pomiarów a następnie wykonanie analizy statystycznej uzyskanych wyników.

Rzeczywista mikrostruktura materiału jest strukturą przestrzenną, jednakże w praktyce możliwa jest wyłącznie obserwacja jej przekroju, tzn. powierzchni zgładu. W związku z tym obowiązuje zasada Cavalieriego-Hacquerta sprowadzająca pomiar powierzchni przecinającej badany fragment do pomiaru jego cięciwy a pomiar jego objętości do pomiaru pola powierzchni. Dzięki temu możliwe jest scharakteryzowanie przestrzennej struktury za pomocą wyników pomiarów przeprowadzonych na płaszczyźnie zgładu.

Przy założeniu, że w objętości V jest n_ ziarn fazy  w osnowie ,  objętościach v_i i powierzchniach granic a_i, zdefiniowano następujące wskaźniki:

a) Udział objętościowy
(1)

b) Powierzchnia względna granic
(2)

c) Średnia względna liczba ziarn
(3)

Udział objętościowy fazy  w mikrostrukturze można wyznaczyć kilkoma sposobami:

1. Metoda planimetryczna (rys.1a), polegająca na dokładnym wyznaczeniu pola powierzchni ziarn danej fazy, a następnie obliczeniu ilorazu sumy powierzchni ziarn fazy
   i całkowitej badanej powierzchni zgładu A. Pole powierzchni można wyznaczyć poprzez ważenie figur w kształcie ziarn wyciętych z mikrofotografii a następnie poprzez porównanie ich sumarycznej masy z masą całej mikrofotografii.

(4)

2. Metoda liniowa (rys.1b), polegająca na wyznaczeniu ilorazu sumy długości cieciw ziarn fazy
   i całkowitej długości linii siatki L.

(5)

3. Metoda węzłowa (rys.1c), polegająca na wyznaczeniu ilorazu sumy węzłów siatki padających na powierzchnie ziarn fazy
   i całkowitej liczby węzłów siatki P.

(6)

a) b) c)

Rys.1. Pomiar udziału objętościowego fazy metodami: a) planimetryczną, b) liniową, c) węzłową

3. Przebieg ćwiczenia.

a) W ramach ćwiczenia każda osoba otrzyma mikrofotografię wybranej stali lub żeliwa z zaznaczoną na jej krawędziach podziałką (rys.3).

Rys. 3. Pasmowa struktura stali niskowęglowej, wywołana przeróbką plastyczną. Widoczne jasne ziarna ferrytu i ciemne perlitu

b) Na otrzymanej mikrofotografii należy narysować linie siatki o gradacji podanej przez prowadzącego np. 5, 10, 15 lub 20mm (rys.4).

Rys.4. Mikrofotografia z naniesioną siatką o gradacji 10mm.

c) Po narysowaniu siatki należy obliczyć ilość węzłów padających na powierzchnie ziarn badanej fazy (rys.5). W obliczeniach nie bierze się pod uwagę punktów przecięcia linii siatki z liniami podziałki znajdującej się na krawędziach mikrofotografii.

Rys.5. Fragment mikrofotografii z zaznaczonymi węzłami, które znalazły się w obrębie ziarn fazy perlitu.

d) Korzystając ze wzoru (6) obliczyć udział objętościowy badanej fazy a następnie obliczenia powtórzyć dla pozostałych faz badanego materiału. W przypadku materiałów zawierających dwie fazy, udział drugiej fazy wyznacza się poprzez odjecie od całkowitej liczby węzłów, liczbę węzłów, które znalazły się w obrębie ziarn pierwszej z badanych faz a następnie obliczeniu ilorazu wartości uzyskanej różnicy do ilości wszystkich węzłów siatki. Wyniki obliczeń należy pomnożyć 100 razy, aby przedstawić je za pomocą %.

e) Czynności opisane w pkt. 3a - d powtórzyć dla siatki o dwukrotnie mniejszej gradacji, naniesionej na obszarze odpowiadającym połowie powierzchni mikrofotografii. (rys.6).

Rys.4. Mikrofotografia z naniesioną siatką o gradacji 5mm na połowie powierzchni.

f) Wyniki obliczeń otrzymane dla poszczególnych faz, wyznaczane przy pomocy obydwu siatek należy porównać ze sobą i obliczyć różnice między nimi. Różnicę tą należy wyrazić w procentach.

4. Sprawozdanie z ćwiczenia

Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:

- cel ćwiczenia,

- krótki wstęp teoretyczny (maksymalnie pół strony),

- dokładnie opisany przebieg ćwiczenia,

- wszystkie przeprowadzone przez poszczególne osoby znajdujące się w sekcji laboratoryjnej obliczenia wraz z dołączonymi mikrofotografiami,

- wnioski.

5. Literatura

1. Prowans Stanisław, Struktura Stopów. PWN, Warszawa 2000.

2. Przybyłowicz K.: "Metaloznawstwo", WNT Warszawa, 1998.

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ TRANSPORTU

Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych

---