Металловедение твёрдых сплавов (стр. 32 из 33)

В основу рассматриваемой здесь методики исследования структуры положен линейный метод количественного анализа, математически базирующийся на геометрическом принципе
Кавальери, из которого следует, что отношение линейных отрезков двух геометрических фигур будет равно отношению их площадей и отношению их объемов в условиях параллельно секущих плоскостей:

= =

В применении к элементам структуры это означает, что можно ограничиться измерением относительной длины отрезков, приходящихся на долю отдельных структурных составляющих, и тем самым определить процентное содержание этих составляющих в объеме сплава.

Если пересечь видимую в микроскоп структуру (или ее фотографию) прямой линией, то контуры зерен отдельных фаз структуры рассекут ее на ряд отрезков. На каждую структурную фазу придется определенная (суммарная) длина линейных отрезков, пропорциональная содержанию фазы в объеме сплава. При работе с микроскопами в качестве секущей линии может быть использована линейка-окуляр микроскопа (подсчет производится вдоль обреза линейки).

Процентное содержание искомой фазы определяется отношением числа делений, отсекаемых этой фазой на линейке окуляр-микрометра, к числу делений всей линейки окуляра. Подсчет может проводиться также и в миллиметрах или микронах с учетом цены деления окуляр-микрометра.

Для того чтобы получить достоверные результаты, нельзя ограничиваться однократным измерением. Считают, что для практических целей достаточно надежные результаты дает измерение 200—250 частиц.

Это правило было проверено при определении процентного содержания крупных зерен карбида вольфрама в структуре сплава. Измерения проводились на различных количествах полей зрения (от 1 до 20) одного и того же шлифа.

Результаты последующего и предыдущего опытов сравнивались и на основании этого устанавливалась степень расхождения и ошибка в процентах:

Число замеренных полей	1	3	5	7	10	15	20
Погрешность (±)	-	3,1	2,3	2	1,5	1,48	1,46

Средний диаметр замеренных зерен составлял 5 мкм. При измерении на пяти полях длина секущей была в 100, а при измерении на десяти полях в 200 раз больше среднего диаметра измеряемых зерен. Основные структурные характеристики следует замерять не менее, чем на десяти полях. Опытный металлограф может получить такие же результаты при измерении на пяти полях, производя замеры на участках структуры, наиболее типичных для данного шлифа.

Техника линейного метода анализа структуры иллюстрируется приводимым ниже примером.

Пример. Определим количество крупных зерен карбида вольфрама в структуре сплава группы ВК.

Линейка окуляр-микрометра накладывается на изображение структуры в поле зрения микроскопа. (Полученное изображение структуры схематически показано на рисунке фиг. 130. Зерна карбида вольфрама схематически изображены в виде многоугольников.) Секущая линия окулярмикрометра пересекает крупные и мелкие зерна структуры сплава. На всем протяжении неподвижной линейки замеряется величина каждого крупного зерна в делениях окуляра. В нашем примере на одно поле зрения приходятся зерна следующих размеров: 4, 10, 16, 5, 8, 10, 10 делений окуляра.

Затем поле зрения переносят на другие участки шлифа и вновь замеряют размеры зерен, каждый раз фиксируя результаты в протоколе записи первичных данных (табл. 3). Зерна карбида вольфрама замеряются по наибольшей грани при увеличении микроскопа не менее Х1000.

Фиг. 130. Зерна сплава при наблюдении в окуляр-микрометре (схема).

После измерения зерен на пяти или десяти полях шлифа подсчитывается общее число делений, пересекающих зёрна выбранного класса. Шкала имеет 100 делений и, следовательно, общая длина секущей на пяти полях зрения равна 500 делениям. Из них на зерна определённых размеров приходится:

N_i = L_i n

Принимая общую длину секущей за 100%, определяют процентное содержание зерен карбида вольфрама данного класса :

500 делений ....... 100%

N_i делений ....... х%

Во взятом примере структурная характеристика выражена в виде процентного содержания мелких зерен, но, зная цену деления окуляра и размер каждого зерна в делениях, можно найти размер зерна в микронах и процентное содержание каждой группы зерен по фракциям.

С помощью линейного метода определяются и другие количественные характеристики структуры твердых сплавов: содержание фазы карбида вольфрама, количество зерен кольцевой формы в титановых твердых сплавах, степень пористости и карбидной неоднородности и содержание h-фазы.

6.10.1. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Металлографический микроскоп .....……………………………………………....... ММУ3

2. Окуляр-микрометр ................……………………………………………………........ ОМО

3. Специальный образец (травленый микрошлиф)

6.10.2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Студент получает подготовленный микрошлиф, устанавливает его на столик микроскопа и, наблюдая картинку через окуляр-микрометр, производит определение параметров структуры наблюдаемого образца. Микроструктура зарисовывается и описывается. Определяется средний размер зерна.

Таблица наблюдений содержит результаты измерений и имеет вид, показанный на рисунке 131

№№

Количество зёрен в 1 мкм

Количество зёрен в 2 мкм

Количество зёрен в 3 мкм

Количество зёрен в 4 мкм

Количество зёрен в 5 мкм

Количество зёрен в 6 мкм