Лабораторная работа № Методология исследования




НазваниеЛабораторная работа № Методология исследования
страница5/12
Дата публикации24.12.2013
Размер1.7 Mb.
ТипЛабораторная работа
zadocs.ru > Химия > Лабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12
^

Общие сведения



Исследование строения и пороков металла при больших увеличениях с помощью микроскопа (светового или электронного) на специально приготовленных образцах ‑ микрошлифах называется микроскопическим, или микроструктурным, анализом (микроанализом), а изучаемое строение (структура) металла ‑ микроструктурой. Микроанализ проводят с целью определения микроструктуры и фазового состава сталей и сплавов, оценки количества, размеров, формы и распределения различных фаз. Этот анализ позволяет установить связь химического состава, условий производства и обработки сплава с его микроструктурой и свойствами.

Применяемые в настоящее время световые микроскопы позволяют наблюдать и фотографировать структуру при увеличениях до 2500 раз, а электронные – до 1 000 000 раз.

Микроанализ включает три этапа:

1) приготовление микрошлифов – вырезка, шлифование и полирование;

2) травление шлифов – выявление структуры;

3) исследование микроструктуры под микроскопом до и после травления.
^ 1. Приготовление микрошлифов
Микрошлифом называют небольшой образец металла, имеющий специально приготовленную поверхность для проведения микроанализа.

Хорошо приготовленный микрошлиф должен отвечать ряду требований:

– прежде всего, он должен быть представительным для структуры и свойств изучаемого объекта (детали);

– вырезка, шлифование и полирование образца должны осуществляться таким образом, чтобы на его поверхности оставался минимальный слой металла, деформированного шлифоприготовлением;

– на поверхности шлифа не должно быть царапин, рисок, ямок и загрязнений;

– в процессе приготовления шлифа не должно происходить выкрашивания неметаллических включений, карбидных и некоторых других фаз;

– поверхность шлифа должна быть плоской и гладкой для обеспечения исследования его при больших увеличениях.

^ Вырезка образцов. Выбор числа образцов, места их вырезки и сечения материала, по которому проходит плоскость микрошлифа, определяется целью проводимого металлографического исследования.

1. Для установления степени однородности структуры изделия шлифы вырезают из различных мест, располагая их в шахматном порядке по сечению.

2. Если надо изучить закономерность изменения структуры в каком-то направлении, то шлифы вырезают последовательно один за другим в этом направлении.

3. В тех случаях, когда микроструктурный анализ предусмотрен стандартом, размеры шлифов и способ их отбора также стандартизированы. Вырезать их в этом случае можно любым способом, обеспечивающим сохранение структуры металла.

4. Выбранный участок исследования (например, трещина, включение, скол и др.) должен попасть в образец, а для сравнения следует вырезать еще один образец из другого участка этой детали без дефекта.

5. При исследовании структуры всей детали обычно производят системную вырезку образцов, количество которых должно обеспечить возможность проведения статистической обработки результатов.

Вырезку образцов следует проводить, соблюдая определенные меры предосторожности, чтобы не вызвать изменения структуры из-за наклепа или нагрева.

Наиболее часто для вырезки образцов в металлографических лабораториях используют отрезные станки с абразивными кругами. Для удовлетворительной резки, обеспечивающей отсутствие прижогов и значительного деформационного повреждения поверхности, важно выбрать соответствующий круг и режим резания:

– для резки сталей предпочтительнее использовать круги с абразивными частицами из Al2O3;

– для резки цветных металлов – круги с частицами SiC;

– грубозернистые круги обычно более быстро и с меньшим нагревом режут крупные сечения, а мелкозернистые позволяют получить лучшую чистоту поверхности и исключить прижог при резке деталей малого сечения;

– для резки мягких материалов обычно применяют твердые круги (с твердым связующим материалом), а для резки твердых материалов – мягкие круги.

Во всех случаях резку абразивными кругами следует проводить с использованием охлаждающей жидкости.

^ Подготовка поверхности. Плоскость для исследования выбранной поверхности шлифа получают механической обработкой (торцеванием, фрезерованием, опиливанием, шлифованием) с обязательным охлаждением, не допуская нагрева.

^ Форма, размеры образцов и монтаж. Образцы для микроскопического исследования могут иметь различную форму, определяемую характером изделия и задачами исследования.

Для ручной обработки шлифа удобны образцы прямоугольной или цилиндрической формы диаметром 10–15 мм или со стороной квадрата 10–15 мм, высотой 15–20 мм.

При массовом исследовании и механической подготовке шлифов в соответствии с формой и размерами образцов изготавливают специальные держатели (рис. 3.1).



а б

Рис. 3.1 Простейшие зажимы для образцов:

а – листовых; б – кусковых
На практике образцы часто бывают значительно меньших размеров (проволока, тонкий лист, мелкий режущий инструмент, кусочки сломанной детали). В этих случаях для изготовления шлифа образцы заливают легкоплавким сплавом Вуда:
56%Bi + 18% Cd + 14% Pb + 14% Sn – tплавл = 56°С,
а также пластмассой, эпоксидными смолами (рис. 3.2) или зажимают в специальные струбцины.

Рис. 3.2 Микрошлиф для исследования микроструктуры образца, запрессованный в пластмассу
Такие же приемы используют для изготовления микрошлифов из деталей или образцов с покрытиями – после химико-термической обработки (цементации, азотирования и т. д.), напыления, гальванического осаждения и др., чтобы избежать «завалов» по краям шлифа.

Шлифование. После получения плоской поверхности образцы вручную или на специальных станках (рис. 3.3) шлифуют крупнозернистой шлифовальной шкуркой с постепенным переходом к мелкозернистой.

Рис. 3.3 Двухдисковый станок для мокрой шлифовки и полировки
Для сухого шлифования применяют шкурку, выпускаемую промышленностью по ГОСТ 6456-82, для мокрого – водостойкую бумажную шкурку (ГОСТ 10054-82).

При ручном шлифовании шкурку помещают на плоское твердое основание (обычно толстое стекло). Образец прижимают шлифуемой поверхностью к шкурке и ритмично перемещают вперед и назад по прямой линии.

При механическом шлифовании шкурку закрепляют на вращающемся круге с помощью зажимных колец или клеевого покрытия на обратной стороне шкурки, а образец прижимают к шкурке вручную или устанавливают в зажимное приспособление станка.

Шлифование проводят в одном направлении до тех пор, пока не исчезнет рельеф от обработки шкуркой предыдущего номера (т. е. поворачивать образец на 90° можно только при переходе к шлифованию шкуркой другой зернистости).

После шлифования для удаления остатков абразива шлиф промывают водой, а затем полируют.

В качестве промежуточной операции между тонким шлифованием и полированием используют притирку. В этом случае абразив наносят на шлифовальный (притирочный) круг, изготовленный из чугуна или таких материалов, как дерево, свинец, нейлон, парафин, бумага или специальная ткань. Абразив может быть запрессован в материал притирочного круга с помощью стальной плитки или подаваться на круг в виде смеси абразивных частиц с водой различной консистенции (от жидкой до пастообразной), а также специальных паст.

Полирование. Полирование служит для удаления мелких рисок, оставшихся после шлифования, и получения гладкой зеркальной поверхности шлифа.

Полирование осуществляется вручную или на автоматических станках (рис. 3.4).

Применяют механический, электрохимический и химико-механический методы полирования.

При ручном полировании образец непрерывно перемещают от центра к периферии (рис. 3.4, а), что обеспечивает равномерное распределение абразива и однородный износ полировального материала. Кроме того, образец периодически вращают или перемещают «восьмеркой», чтобы исключить образование «хвостов» около неметаллических включений и частиц выделившихся фаз.

Чаще полирование проводят на специальном полировальном станке, диск которого обтянут тканью (фетр, сукно, бархат). В качестве абразива применяют окислы железа, алюминия, хрома и т. д. с водой (рис. 3.4, б).


а б

Рис. 3.4 Однодисковые станки для полировки:

а – ручной; б – автоматической
Важное условие получения качественных шлифов ‑ тщательное соблюдение чистоты при полировании. После каждой операции приготовления шлифа образец необходимо хорошо промыть под струей воды, чтобы исключить загрязнение полировального круга абразивными частицами и продуктами резания, внесенными с предыдущих операций. Если в образце имеются мелкие поры и трещины, а также, если для полирования используются алмазные пасты, желательно применять ультразвуковую очистку.

На сегодняшний день ряд ведущих производителей исследовательского оборудования на мировом рынке предлагает широкий диапазон оборудования для механической пробоподготовки, предшествующей металлографическим исследованиям, выпускает большое количество машин для шлифования и полирования объектов исследований, отвечающее всем требованиям по производительности, качеству подготовки и воспроизводимости. С целью повышения эффективности пробоподготовки на практике более широкое применение находит более универсальное по функциональным возможностям автоматическое оборудование.

Для приготовления микрошлифов в рамках выполнения данной лабораторной работы используется шлифовально-полировальный станок LaboРol-5 комбинированный с приспособлением для полуавтоматической подготовки металлографических образцов Laboforce (фирма Struers, Дания), представленный на рис. 3.5.

Рис. 3.5 Приспособление LaboForce для полуавтоматической подготовки от 1 до 3-х металлографических образцов на шлифовально-полировальном станке LaboPol-5 с магнитной фиксацией шлифовально-полировальных дисков

Для эффективной подготовки материалографических образцов фирмой-производителем были разработаны методические указания и теория материалографической подготовки (Metalog Guide), включающая материалографическую диаграмму, отображающую материалы в соответствии с их твердостью и пластичностью. Фирмой-производителем разработано 10 универсальных методов подготовки, что дает возможность осуществлять подготовку для структурных исследований любых материалов независимо от их свойств. Материалографическая диаграмма позволяет выбрать правильный метод подготовки исследуемых материалов в соответствии с их твердостью и пластичностью.

Применение этого оборудования позволяет получать металлографические образцы в полуавтоматическом режиме. Одновременно можно производить подготовку от одного до трех образцов диаметром 30 либо 40 мм. Скорость вращения шлифовально-полировального круга регулируемая 0–500 об/мин. Диапазон усилий прижатия шлифов: 0–40 Н. Магнитная фиксация сменных шлифовальных и полировальных дисков обеспечивает легкость и быстроту их установки и снятия (рис. 3.6).


Рис. 3.6 Магнитная дисковая фиксация и магнитные
шлифовально-полировальные диски
В результате применения этого оборудования микрошлифы получают быстро, высокого качества поверхности образцов, которая отображает точную, истинную картину структуры материала – без деформаций, царапин, вкраплений инородных элементов, смазывания, без рельефа или заваленных краев и термических повреждений. На рис. 3.7 приведены изображения структуры на микрошлифах, изготовленных вручную и с применением оборудования фирмы Struers.
а б

а – на микрошлифах, изготовленных вручную; б – микрошлиф

приготовлен с применением оборудования фирмы Struers

Рис. 3.7 Микроструктура композита Fe-C
^ 2. Травление шлифов
Полированный микрошлиф под микроскопом представляет собой светлую поверхность с отдельными темными пятнами, точками и линиями, которыми могут быть неметаллические включения (оксиды, сульфиды, шлаки, графиты, нитриды, силикаты) и дефекты металла (раковины, поры, микротрещины, следы обработки).

При изучении неметаллических включений и дефектов металла под микроскопом исследование проводят на нетравленой поверхности шлифа, так как травление может изменить их цвет и исказить вид.

Для выявления полной микроструктуры поверхность шлифа подвергают травлению, т. е. воздействию химически активных растворов щелочей, солей, кислот в спирте или воде. Конкретный химический реактив для травления выбирают, исходя из состава исследуемого металла, его предшествующей обработки и цели исследования. В процессе травления реактив неодинаково взаимодействует с различными участками поверхности микрошлифа, что приводит к разной степени их травимости.

Принцип травления многофазных сплавов заключается в избирательном растворении (вследствие разных скоростей растворения фаз в травящем реактиве) либо окраске одной или нескольких фаз благодаря разнице в химическом составе и в меньшей степени – различной ориентации структурных составляющих.

Однако в чистых металлах или однофазных сплавах избирательное растворение является, по существу, результатом различной ориентации зерен, так как в плоскость микрошлифа попадают разные кристаллографические плоскости.

Таким образом, в результате неодинакового травления границ зерен, фазовых и структурных составляющих на поверхности шлифа появляется микрорельеф (рис. 3.8, 3.9).


Рис. 3.8 Схема, поясняющая образование контраста в изображениях

рельефных структур


Рис. 3.9 Схема образования рельефных границ зерен
Для травления микрошлифов применяют большое количество различных реактивов. Основные реактивы для травления микрошлифов сведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1

Реактивы для травления микрошлифов




Реактив

Назначение

Состав

1

Выявление структуры сталей, в том числе после термической обработки, чугунов, магния

1–5 мл азотной кислоты, 100 мл этилового спирта (реактив Ржешотарского)

2

Определение структуры различных сталей, чугунов, ферросплавов

0,5–6 г пикриновой кислоты, 100 мл этилового спирта

3

Выявление структуры коррозионно-стойких сталей с высоким содержанием никеля и кобальта, а также структуры сплавов никеля

30 мл азотной кислоты, 20 мл уксусного ангидрида (реактив наносят ватным тампоном)

4

Определение структуры высокохромистых коррозионно-стойких сталей

3 мл азотной кислоты, 10 мл соляной кислоты, 100 мл этилового спирта

5

Выявление карбидов, вольфрамидов в сталях и структуры высоколегированных хромоникелевых сталей

10 г калиевой соли гексацианожелезной кислоты (красная кровяная соль), 10 г едкого калия, 100 мл дистиллированной воды (реактив Мураками)

6

Определение структуры никелевых и кобальтовых сплавов, коррозионно-стойких и жаропрочных сталей

20 г сернокислой меди, 100 мл соляной кислоты, 100 мл дистиллированной воды (реактив Марбле)

7

Выявление структуры меди и ее сплавов

5 мл хлорного железа, 10 мл соляной кислоты, 100 мл дистиллированной воды

8

Определение структуры титановых сплавов

5 мл плавиковой кислоты (48%-ной), 100 мл дистиллированной воды

9

Выявление структуры алюминиевых сплавов

0,5 мл плавиковой кислоты (48%-ной), 100 мл дистиллированной воды


Наиболее часто для черных металлов используют:

– 2–4%-ный раствор азотной кислоты в спирте;

– 3–4%-ный раствор пикриновой кислоты в этиловом спирте.

Самым простым и распространенным способом травления является погружение поверхности шлифа в чашку с травящим реактивом. Если плоскость шлифа большая, применяют капельный метод травления или травят протиркой ватным тампоном, смоченным реактивом.

Продолжительность выдержки при травлении для разных сплавов и структур неодинакова.

При травлении поверхность микрошлифов большинства металлов теряет свой блеск, что свидетельствует о протекании процесса травления. На основании практического опыта по степени потускнения поверхности можно определять момент окончательного процесса травления.

Качество травления микрошлифов оценивают просмотром под микроскопом:

1) если структура выявлена неотчетливо, шлиф травят дополнительно;

2) если структура слишком затемнена, его снова полируют и травят;

3) если микрошлиф плохо травится и структура имеет искажения, значит поверхностный слой образца наклепан при отрезке или в процессе шлифования; наклеп снимается электрополированием или многократным поочередным полированием и травлением до получения нормальной травимости.
^ 3. Исследование микроструктуры
Микроструктурным анализом определяют:

– количество, форму, размеры и распределение присутствующих фаз и включений;

– размер зерна;

– ликвационные области и микродефекты.

Это далеко не полное перечисление характеризует обширность тех сведений, которые можно получить при помощи исследования микрошлифов в микроскопе.

По результатам микроструктурного анализа судят о качестве металла, его свойствах и предшествующей обработке (механической и термической).

Применяемые в настоящее время световые микроскопы позволяют наблюдать и фотографировать структуру при увеличении до 2500 раз.

^ 3.1. Устройство и принцип действия универсального светового микроскопа МИ-1
Универсальный световой микроскоп МИ-1 предназначен для использования в промышленности, науке и медицине при проведении микроструктурного анализа различных твердых объектов.

Режимы работы микроскопа:

1) отраженный свет (светлое и темное поле);

2) поляризационный контраст.

Микроскоп оснащен объективами-планапохроматами, а также имеет дополнительный оптический канал для получения изображения на видеокамере и дальнейшего документирования и компьютерной обработки полученного изображения.

Описание и работа составных частей микроскопа. Общий вид микроскопа МИ-1 представлен на рис. 3.10.

В основе работы микроскопа лежит метод проецирования увеличенного объективом изображения объекта наблюдения в плоскость выходных зрачков окуляров тринокулярной насадки. Режимы наблюдения объекта в отраженном свете, по методу светлого и темного поля.

Несущей частью конструкции является корпус ^ 14, в котором расположены элементы оптической схемы и механизмы микроскопа. В верхней части корпуса 14 со стороны, обращенной к оператору, закреплена тринокулярная насадка 3 с двумя 10х окулярами 1 и 2 для визуального наблюдения увеличенного изображения объекта. В одном из окуляров (имеющем шкалу на оправе), конструкцией предусмотрена возможность диоптрийной наводки.

Насадка тринокулярная ^ 3 имеет дополнительный оптический канал 4 для установки телевизионной камеры или цифровой фотокамеры Olimpus C-300 с использованием адаптера ЦФК, передающих увеличенное объективом микроизображение объекта на экран монитора персонального компьютера. Слева на корпусе тринокулярной насадки 3 расположена ручка 28 «TV», переключающая светоделение между визуальным и телевизионным каналами.



а



б

Рис. 3.10 Микроскоп МИ-1:

а – вид справа; б – вид слева

1,2 – окуляры; 3 – насадка тринокулярная; 4 – крышка; 5 – объективы под
крышкой; 6 – стол; 7 – пластина; 8 – ламподержатель; 9 – крышка; 10 – ручка;
11 – винт; 12 – ручка; 13 – фонарь; 14 – корпус; 15, 16, 17, 18 – ручка;
19 – крышка; 20, 21 – ручка; 22 – светодиоды; 23 – пульт управления;
24, 25 – кнопка; 26 – объективы; 27, 28, – ручка; 29 – источник электропитания; 30, 31 – ручка; 32 – выключатель
На корпусе 14 установлен стол 6, на пластину 7 которого размещают объект наблюдения. Пластина 7 имеет возможность поворота вокруг вертикальной оси Z на угол ± 15° за ручку 27 и фиксации стопорным винтом 11. Конструкция предусматривает перемещение верхней плиты стола 6 по координатным осям X, Y в пределах ± 12,5 мм. Перемещение стола осуществляется вращением ручек 15 и 16 соответственно.

Под столом 6 в корпусе 14 находится головка револьверная с электромеханическим приводом и установленными на ней микрообъективами 26, накрытыми в нерабочем состоянии крышкой 5. Смена позиций объективов осуществляется кнопками 24 и 25. При этом свечение светодиодов 22 на пульте 23 индицирует увеличение объектива, находящегося в рабочем положении.

Стол микроскопа 6 установлен жестко и предназначен для размещения объекта наблюдения. На стол микроскопа устанавливаются вкладыши нужного диаметра. Допустимая масса укладываемого на стол исследуемого объекта не более 5 кг.

Механизм фокусировки объекта расположен спереди, под столом микроскопа и предназначен для вертикального перемещения револьверной головки с объективами по оси Z для получения резкого изображения предмета наблюдения вращением соосных ручек 18 или 17, расположенных слева и справа на корпусе 14.

Ручка 18 служит для грубой (предварительной), а ручка 17 – для тонкой (окончательной) наводки на резкое изображение наблюдаемого объекта.

В микроскопе используется пять объективов, из них три – универсальные (5х, 10х, 20х), планапохраматы позволяют вести наблюдение объекта в светлом и темном полях и два объектива 50х, 100х – светлопольные, с увеличенным рабочим расстоянием.

Пульт ^ 23 микроскопа предназначен для управления револьверной головкой смены объективов при помощи кнопок 24 или 25, а также для изменения яркости свечения лампы фонаря 13 при помощи ручки 21. На пульте имеется пять светодиодов 22 зеленого цвета. Свечение любого из них индицирует включение микроскопа и увеличение соответствующего объектива, находящегося в рабочем положении.

Слева на боковой поверхности корпуса 14 расположена ручка ^ 31 «BF/DF» переключения режима освещения светлое/темное поле. Справа на боковой поверхности корпуса 14 расположены ручки 10 «FD» и 12 «AD» управления полевой и апертурной диафрагмами соответственно, 20 «1х/1,5х» смены тубусных объективов 1,0х или 1,5. Слева на боковой поверхности корпуса 14 находится ручка 30 «F» переключения светофильтров осветителя микроскопа. Возможны три режима освещения: с синим светофильтром, зеленым или без светофильтра.

Сзади микроскопа расположен фонарь ^ 13, источник электропитания 29.

Для снижения влияния вибраций на качество изображения объекта снизу на корпусе микроскопа установлены амортизаторы. Источник электропитания 29 расположен внутри корпуса 14 и выполнен с импульсным преобразованием сетевого напряжения. На задней крышке источника имеются два гнезда, промаркированные 12V, 100 W, для подсоединения кабеля ламподержателя. Фонарь 13 установлен в осветительной системе микроскопа, обеспечивает освещение объекта наблюдения в режиме отраженного света и крепится при помощи винта на корпусе фонаря 13. В качестве источника света применяется галогенная лампа накаливания 12В 100 Вт, устанавливаемая в ламподержатель 8.

Подготовка к работе на микроскопе МИ-1. Нажатием сетевого выключателя ^ 32 включить его, при этом должен загореться один из светодиодов 22 и лампа фонаря 13.

Смена увеличения производится изменением положения гнезда объективов ^ 26 путем нажатия кнопок 24 и 25.

Примечание. Перед работой необходимо проверить визуально чистоту наружных оптических поверхностей и при необходимости почистить их. Чистку наружных поверхностей оптических деталей микроскопа производить по необходимости тампоном ваты, смоченным в спирто–эфирной смеси (20% спирта ректификованного и 80% эфира этилового). Чистку выполнять без нажима, каждой стороной тампона только один раз. Перед чисткой отключить микроскоп от сети.

Нажатием одной из кнопок 24 или 25 установить в рабочую позицию объектив 5х. Вращением ручек 18, а затем 17 добиться резкого изображения наблюдаемого объекта в поле зрения окуляров.

В зависимости от выбранного режима освещения предмета наблюдения светлое или темное поле установить ручку ^ 31 в положение «BF» или «DF» соответственно.

Отрегулировать яркость освещения предмета наблюдения необходимо с помощью ручки 21. В зависимости от условий наблюдения объекта установить в рабочую позицию соответствующий светофильтр ручкой 30 «F».

Работа микроскопа при освещении отраженным светом по методу светлого поля. Ручку 31 установить в положение «BF», т. е. задвинуть до фиксации.

Перемещением ручки 12 «AD» управления апертурной диафрагмой установить оптимальную диафрагму для используемого объектива. В большинстве случаев оптимальной для хорошей контрастности и разрешения считается диафрагма, изображение которой в плоскости выходного зрачка объектива составляет до 2 / 3 диаметра зрачка. Рекомендуемые значения апертурной диафрагмы в зависимости от используемого объектива приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2

Рекомендуемые значения апертурной диафрагмы

Обозначение объектива

Рекомендуемое положение рукоятки управления апертурной диафрагмой

100х / 0,7

1 или 2

50х / 0,5

2 или 3

20х / 0,45 BD

4 или 5

10х / 0,3 BD

4 или 5

5х / 0,15 BD

4 или 5


С помощью ручки 10 «FD» управления полевой диафрагмой установить оптимальную полевую диафрагму в зависимости от используемого окуляра (при смене объективов подрегулировка диафрагмы не требуется).

Работа микроскопа при освещении отраженным светом по методу темного поля. Ручку ^ 31 установить в положение «DF», т. е. вытянуть до фиксации.

Полностью открыть полевую «FD» и апертурную «AD» диафрагмы. Для этого ручки 10 и 12 необходимо установить в положение «6» и «5» соответственно. Отрегулировать яркость освещения предмета наблюдения ручкой 21.
^ 3.2. Обработка изображений с использованием программного комплекса AutoScan
Программный комплекс AutoScan предназначен для количественной обработки изображений (рис. 3.11). Комплекс состоит из программ Areas, Objects, Compares. Изображения, используемые для анализа образцов, являются растровыми.



Рис. 3.11 Микроскоп МИ-1 с программным комплексом AutoScan
Все три программы имеют общие для них характеристики:

1) захват изображений через плату видеозахвата с внешнего источника (видеокамеры) посредством использования TWAIN-драйвера (сканер, цифровой фотоаппарат) или загрузка уже существующих файлов изображений;

2) формирование произвольно настраиваемых отчетов, которые могут содержать изображения, форматированный текст, таблицы, гистограммы и др.;

3) встроенный в отчеты Бейсик ‑ подобный язык AutoScript, предназначенный для произведения несложных расчетов либо для создания работы с различными методиками.

Программа ^ AutoScan Areas (AS Areas) предназначена для измерения площадей некоторых зон на изображении. Она позволяет проводить ручное выделение требуемых зон по их яркостным характеристикам с одновременным автоматическим вычислением их площадей.

Программа AutoScan Objects (AS Objects) служит для морфологического анализа изображений. Она дает возможность производить ручное, полуавтоматическое и автоматическое выделение объектов на полутоновых и цветных изображениях и их автоматическую классификацию по заданным параметрам.

Текущие версии программ ^ AutoScan Areas и AutoScan Objects имеют следующие возможности:

‑ предварительная обработка изображения при помощи последовательности графических фильтров;

‑ визуальное пороговое выделение до 20 различных яркостно-цветовых зон (классов) на изображении;

‑ автоматическое вычисление и использование 27 различных параметров объектов;

‑ автоматическое вычисление площадей и их процента от общей обрабатываемой площади;

‑ полная поддержка и удобная работа с пакетами изображений с возможностью пошаговой или автоматической обработки по заданным настройкам;

‑ автоматическое разбиение объектов на произвольно настраиваемые классы по одному или нескольким параметрам.

Программа AutoScan Compares (AS Compares) предназначена для анализа изображений посредством визуального сравнения их с эталонными изображениями по заданной методике.

Текущая версия программы AutoScan Compares имеет следующие возможности:

‑ создание составных изображений из набора (мозаики) изображений образца для получения более полной информации об образце;

‑ приведение масштаба анализируемого изображения к масштабу эталонных изображений для их точного визуального сравнения на экране компьютера (с помощью предварительной привязки изображений с помощью объекта-микрометра);

‑ ручное измерение длин и площадей на анализируемом изображении;

‑ возможность создания методик пользователем.
^

Общие принципы анализа изображений. При анализе любого изображения используются единые общие принципы. Обычно процедура анализа разбивается на несколько этапов:


^ 1. Фиксация изображения. Захват и ввод изображения в компьютер с помощью специального кабеля, подсоединяемого от цифровой камеры.

2. Сегментирование. Данная операция обычно выполняется путем установки пороговых значений для каждой фазы регистрируемого образца или более сложным образом.

3. Редактирование. Очистка изображения от ложных объектов и корректировка существующих.

4. Калибровка. Задание калибровочного коэффициента в выбранных единицах, который автоматически применяется для любого измерения в элементах изображения.

5. Обработка данных. Измерение заданных характеристик объектов (получение численных значений).

^ 6. Формирование отчета. В компьютерной графике в общем случае различают векторные и растровые изображения.

Растровые изображения – это изображения, состоящие из отдельных точек (пикселей), каждая из которых имеет свой цвет или в случае полутонового (черно-белого) изображения свою яркость (оттенок серого цвета). Такой параметр как разрешение, применяется для указания того, какое количество точек используется для построения картинки.

Например, при разрешении 768×576 пикселей картинка имеет 768 точек в высоту и 576 в ширину. Чем больше пикселей содержится в изображении, тем лучше его качество и точность передачи мелких деталей.

В случае векторного изображения картинка состоит из математических объектов (векторов) и не зависит от разрешения.

При любом увеличении объекты, входящие в состав картинки, заново пересчитываются и выводятся на экран без искажений формы в новом масштабе. Для растрового изображения увеличение имеет смысл только до определенного предела, определяемого размерами пикселя.

Программа AutoScan использует в своей работе как растровые, так и векторные изображения. В качестве исходной картинки всегда берется растровое изображение (файл изображения на диске или кадр, захваченный с видеокамеры), которое после пороговой обработки на основе информации о яркости пикселей преобразуется в векторное, т. е. на основе растровых объектов (группы примыкающих друг к другу пикселей, имеющих общие границы) создаются векторные, которые и подлежат дальнейшей обработке.

Объектами считаются любые связанные совокупности пикселей, которые существенно отличаются от окружающих пикселей (фона) своими яркостно-цветовыми характеристиками.

Например, серый круг на белом фоне считается объектом. Два серых круга, не касающихся друг друга, являются двумя объектами. Если же они касаются друг друга ‑ возникает неоднозначность – либо это один объект, либо два слипшихся объекта. Поскольку компьютеру обычно данную задачу решить не под силу, он считает их одним объектом. Студент должен сам явно разделить их в процессе редактирования, если это два разных объекта.

Чем больше разрешение картинки, тем больше в последствии точность расчетов геометрических размеров выделенных объектов. Что вполне естественно, так как для одного и того же объекта при разных разрешениях потребуется разное количество пикселей: чем большее количество пикселей используется для визуализации объекта на изображении, тем точнее будет определена его форма.
3.3. Методические основы и практические приемы
стереологического анализа 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 (балловая оценка по сравнению со структурами стандартных шкал);

3) количественная оценка геометрическими параметрами микроскопического строения.

Первые два способа оценки имеют субъективный характер. Наиболее рациональной и эффективной является строго количественная, объективная оценка микроструктуры геометрическими параметрами ее строения, позволяющая воспользоваться эффективным математическим аппаратом и вычислительной техникой для получения достоверных зависимостей между свойствами и структурой, между структурой, составом и обработкой 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 структуры является длительным и трудоемким процессом, так как требует измерения или подсчета сотен, а иногда и тысяч элементов структуры.

Существенно ускоряет анализ автоматический анализатор изображения (программный комплекс AutoScan) к световому микроскопу МИ-1. Кроме этого он освобождает наблюдателя от напряженной зрительной работы и дает более высокую точность результатов.
^ Порядок выполнения работы
Ознакомиться с методами микроструктурного анализа.

Освоить технику приготовления и травления микрошлифов.

Изучить устройство и принцип действия универсального оптического микроскопа МИ-1.

Исследовать предложенную коллекцию микрошлифов под микроскопом при всех увеличениях. Записать изображение в память компьютера. Описать микроструктуру.

Ознакомиться с возможностью обработки информации с помощью программ AutoScan.

Измерить величину зерна и определить его основные стереологические параметры.

Составить отчет по работе.
^ Содержание отчета
При составлении отчета необходимо четко указать задачи микроструктурного анализа, изложить методику приготовления и травления микрошлифов, описать устройство и принцип действия светового микроскопа МИ-1, распечатать записанное изображение микроструктуры исследованных микрошлифов и описать структуру. Коротко изложить возможности обработки информации с помощью программ AutoScan. Привести данные по проведенному измерению величины зерна и других основных параметров.
Контрольные вопросы
1. Что такое микроанализ?

2. Расскажите, что определяют микроструктурным анализом.

3. Какие этапы включает микроанализ?

4. С помощью каких приборов осуществляют микроструктурное исследование?

5. Какие возможности предоставляет микроструктурный анализ.

6. Что такое «качественное исследование структуры»?

7. Что входит в понятие «количественная оценка структурных составляющих»?

8. Перечислите методы, изучающие внутреннее строение кристаллов.

9. С помощью каких методов изучают размеры, форму и взаимное расположение кристаллов?

10. Какими характеристиками определяется качество металлов и сплавов?

11. От каких факторов зависит структура металла?

12. Какой принцип изучения структуры с помощью металлографических микроскопов?

13. Что обеспечивает четкое изображение структуры поверхности в микроскопе МИ-1?

14. Можно ли осуществлять количественную оценку структуры в металлографическом микроскопе?

15. Для чего применяется окуляр-микрометр?

16. Какое увеличение дают оптические световые микроскопы?

17. Для чего используются полевая и апертурная диафрагмы?

18. Что такое «светлое» и «темное» поля?

19. Объясните, что такое микрошлиф.

20. Какие операции входят в понятие «приготовление микрошлифов»?

21. Как получают плоскость для исследования на поверхности шлифа?

22. Каким процессом сопровождается механическая шлифовка и полировка микрошлифов?

23. Как снимают искаженный слой после операций шлифования и полирования?

24. На каких операциях приготовления микрошлифов возникает слой с искаженной структурой?

25. Что можно видеть под микроскопом на полированном микрошлифе?

26. Для чего травят образцы?

27. От чего зависит состав реактива для травления?

28. Перечислите простые и распространенные способы травления микрошлифов.

29. Расскажите о принципе травления многофазных сплавов?

30. Объясните, в чем заключается принцип травления чистых металлов и однофазных сплавов?

31. Почему в результате травления возникает микрорельеф?

Лабораторная работа № 4

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОСТИ МЕТАЛЛОВ
Цель работы: ознакомление с методами определения твердости металлов; определение твердости на приборах Бринелля и Роквелла.

^ Оборудование и материалы: приборы Бринелля и Роквелла для определения твердости, лупа, образцы металлов различной твердости, инденторы для измерений в виде стального шарика (для прибора Бринелля) и алмазного конуса (для прибора Роквелла).

Задания: 1. Ознакомиться с понятием твердости. 2. Изучить основные методы измерения твердости. 3. Ознакомиться с устройством и принципом действия приборов для измерения твердости по Бринеллю и Роквеллу. 4. Произвести измерения и снять показания при измерении твердости на приборах Бринелля и Роквелла. 5. Подготовить отчет по работе.
^ Общие сведения
Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии нагрузки. В большинстве случаев при испытании твердости производят вдавливание в испытуемый материал индентора, изготовленного из значительно более твердого материала, чем испытуемый.

В результате вдавливания с достаточно большой нагрузкой поверхностные слои материала, находящиеся под индентором и вблизи него, пластически деформируются. После снятия нагрузки остается отпечаток. Особенность происходящей при этом деформации заключается в том, что она протекает только в небольшом объеме, окруженном недеформированным материалом. В таких условиях испытания, близких к всестороннему неравномерному сжатию, возникают главным образом касательные напряжения, а доля растягивающих напряжений незначительна по сравнению с получаемыми при других видах механических испытаний (на растяжение, изгиб, кручение, сжатие). Поэтому при измерении твердости вдавливанием пластическую деформацию испытывают не только пластичные, но и непластичные материалы, например чугун, которые при обычных механических испытаниях (на растяжение, сжатие, кручение, изгиб) разрушаются хрупко без макроскопически заметной пластической деформации.

Между твердостью пластичных материалов, определяемой способом вдавливания, и другими механическими свойствами (главным образом пределом прочности) существует количественная зависимость. Это связано с тем, что при испытаниях на растяжение наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению и отнесенной к первоначальной площади (предел прочности), отвечает местная пластическая деформация (образование шейки), а не разрушение образца. Такая пластическая деформация аналогична деформации, создаваемой в поверхностных слоях металла при измерении твердости вдавливанием наконечника.

Подобная количественная зависимость не наблюдается для хрупких материалов, которые при испытаниях на растяжение разрушаются без заметной пластической деформации, а при измерении твердости получают пластическую деформацию. Однако в ряде случаев и для этих материалов (например, серых чугунов) отмечается количественная зависимость между пределом прочности и твердостью: возрастанию твердости обычно соответствует увеличение предела прочности.

Испытание на твердость благодаря своей быстроте, простоте, а также возможности производить замеры на готовых изделиях без их разрушения и повреждения получило очень широкое распространение. Для деталей, подвергнутых химико-термической обработке (цементации, азотированию и т. п.), и закаленных инструментальных сталей определение твердости является основным методом испытания при оценке качества изделий.
^ 1. Определение твердости по Бринеллю
Согласно ГОСТ 9012-59, при определении твердости по Бринеллю в испытуемый материал вдавливается индентор в виде стального шарика определенного диаметра D под нагрузкой Р в течение определенного времени (рис. 4.1).

При выборе диаметра шарика D, нагрузки Р и продолжительности выдержки под нагрузкой необходимо руководствоваться данными, приведенными в табл. 4.1.

Более продолжительные выдержки под нагрузкой для цветных металлов объясняются пониженными температурами отдыха и рекристаллизации по сравнению с черными металлами.

Число твердости по Бринеллю обозначают через HB, Па, и рассчитывают по формуле:

НВ = ,

где Р ‑ нагрузка, Н; F ‑ площадь поверхности отпечатка (лунки), мм2.



Рис. 4.1 Схема испытания на твердость по Бринеллю

^ F может быть выражена через диаметр шарика D и диаметр отпечатка d, тогда:

F =  ‑  = (D ‑ ),

HB = .
В практике определений твердости по Бринеллю этих вычислений не делают, а пользуются табл. 4.1, составленной для установленных диаметров шариков, отпечатков и нагрузок, по которым находят числа твердости.

Чтобы показать, при каких условиях измерялась твердость по Бринеллю, применяют следующий условный метод записи.

Например, HB 5 (7500) 10 означает, что испытание проводилось шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 7500 Н в течение 10 с.

Если соблюдались следующие условия: диаметр шарика 10 мм, нагрузка 30000 Н, время выдержки 10 с, то индексы не ставят.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

Лабораторная работа № Методология исследования icon1. Методология и методы научного исследования Общая методология в...
На роль общ м выдвигается один из общенаучных специальных методов. Метод представляет собой определённый комплекс приложений и чисто...

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа № Лабораторная работа №3 Тема: «Работа с панелью...
Основные приемы работы(контекстное меню, выделение, группирование объектов, перетаскивание мышью, получение справки)

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа №5. Генерация отчетов в субд access лабораторная...
Лабораторная работа №3. Изменения экранного образа таблицы в субд access лабораторная работа №4. Простые и сложные запросы к базе...

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа выполняется по темам: «Оптимизационные экономико-математические...
Лабораторная работа выполняется и защищается в соответствии с утвержденным расписанием занятий

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа по теме «Тема 10. Лабораторная работа «Текстовые файлы»
Цель лабораторной работы состоит в изучении средств vb и средств vs для работы с текстовыми файлами

Лабораторная работа № Методология исследования iconЗакон Ома для участка цепи без эдс. Сопротивление проводника. Падение...
Лабораторная работа: «Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки»

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа №4. Информатика в старшей школе. Цели и содержание...
Лабораторная работа № Назначение и функции общеобразовательного стандарта в школе. Стандарт школьного образования по информатике...

Лабораторная работа № Методология исследования iconЛабораторная работа 14
Создание шаблона. Работа с шаблонами документов. Совместное использование Word и Excel

Лабораторная работа № Методология исследования iconПрактическая работа №1 Вопросы для обсуждения
Понятие «объект исследования» и «предмет исследования», их взаимосвязь в исследовании

Лабораторная работа № Методология исследования iconМаркетинговые исследования: теория, методология и практика Издательство «Финпресс»
Книга предназначена для руководителей и специалистов как пред­приятий-производителей, так и организаций, осуществляющих маркетин­говые...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов