53 (273)

104

Krzysztof Widanka

Stwierdzono, że między tymi wielkościami a właściwościami materiału istnieją ścisłe zależności. Przykładem może być równanie Halla-Petcha, opisujące zależność między granicą plastyczności a wielkością ziarna metalu.

Naukę, która zajmuje się ilościowym opisem zbiorów brył za pomocą pomiarów lub obliczeń prowadzonych na dwuwymiarowych przekrojach tych zbiorów nazywa się stereologią (stereometryczną mikroskopią ilościową).

Najczęściej do opisu ilościowego mikrostruktury metali i ich stopów w przestrzeni

trójwymiarowej używa się następujących parametrów:

• objętość względna fazy łub składnika struktury

_ y(P)

gdzie: V(JJ) - objętość składnika p w obszarze fl P(fl) - objętość obszaru 47;

• powierzchnia względna (właściwa) granic ziaren lub mikrocząsteczek

Sja>)

gdzie: S(o)) - powierzchnia ziaren lub cząstek ox

• średnia krzywizna względna powierzchni granic ziaren

^y V{0)

gdzie: K(co) - średnia krzywizna powierzchni ziaren lub cząstek co, • liczność względna

N(P)

nn)

gdzie: N(p) - liczba cząstek fazy P w obszarze fl • długość względna elementów liniowych

Ua>)

gdzie L(a>) - długość elementów liniowych.

Objętość względna określa objętość fazy lub składnika struktury w jednostce ob- ® jętości stopu. Wyrażając V, w procentach, otrzymujemy skład objętościowy stopu. •$-Zmiana objętości względnej w czasie jest podstawowym wskaźnikiem kinetyki prze- W mian strukturalnych. Znajomość składu objętościowego stopu umożliwia określenie w sposób przybliżony niektóre jego właściwości mechaniczne (np. twardość). W tym %

przypadku potrzebna jest oczywiście odpowiednia wiedza o właściwościach każdego ze składników struktury. Na tej samej zasadzie można także określić właściwości fizyczne stopu (np. ciężar właściwy).

Powierzchnia względna granic ziaren lub mikrocząsteczck S_n czyli całkowita powierzchnia graniczna ziaren metalu lub mikrocząsteczek różnych faz i składników strukturalnych, odniesiona do jednostki objętości, jest równie ważnym parametrem w opisie przestrzennej budowy metalu (stopu). Wynika to z roli, jaką odgrywa powierzchnia granic ziaren w procesach przemian fazowych, rozrostu ziarna, pełzania, dyfuzji, czy zarodkowania nowej fazy. Przy tej samej objętości względnej składnika stopu wielkość powierzchni względnej jest miarą jego rozdrobnienia.

Elementy liniowe struktury, takie jak linie granic ziaren (widoczne na zgładzić metalograficznym), czy linie dyslokacji są także bardzo przydatne w opisie ilościowym struktury. Na przy kład długość linii dyslokacji odniesiona do jednostki objętości nosi nazwę gęstości dyslokacji. Wielkość ta określać stopień odkształcenia metalu (wielkość zgniotu).

Mikrostruktura materiału nie ma elementów dokładnie powtarzających się, nie jest zatem możliwe odtworzenie na podstawie znajomości jednego elementu całej struktury przestrzennej materiału. Jednak empirycznie stwierdzono, że parametry geometryczne struktury określone metodami stcrcologicznymi są w strukturze danego materiału statystycznie powtarzalne (po założeniu jednorodności strukturalnej). Mogą one być zatem w określonej objętości wyrobu zdefiniowane i zmierzone.

Pomiary wymienionych wielkości, podobnie jak pomiar każdej wielkości fizycznej, są obarczone błędami systematycznymi i przypadkowymi. Właściwe opracowanie wyników pomiaru powinno zawierać ocenę błędów przypadkowych (losowych). Analiza pomiarów bez informacji o ich dokładności jest bezwartościowa.

Tylko dla ilościowej określonej liczby i jednostkowej miary oceny mikrostruktury można znaleźć pewne i ścisłe zależności między strukturą a właściwościami oraz między strukturą a parametrami procesu technologicznego wytwarzania materiału. Metodami w pełni ilościowymi oceny struktury są metody stereometrycznej metalografii ilościowej. Metody te są bardzo pracochłonne, co w początkowym okresie ich stosowania stanowiło przeszkodę w jej rozpowszechnianiu. Początkowo trudności te usunięto przez, automatyczne analizatory struktury (np. Quanlimet, Microvideomat), pracujące na zasadach stereologicznych. Obecnie do ilościowej oceny mikrostruktury stosuje się komputery z odpowiednim oprogramowaniem, czyli tzw. komputerowe systemy analizy obrazu.

8.1. Określanie udziału objętościowego faz lub składników mikrostruktury

Punktem wyjścia do opracowania metod określania objętości względnej fazy lub składnika struktury w stopach o budowie wielofazowej jest wniosek wypływający