Малко след като създателят на металографията Хенри Сорби през 1863 г. показва как изглеждат първите метални структури, хората са решили да кажат нещо и за размерите, и за количеството на фазите, изграждащи тези структури. Защото, както е известно, механичните свойства на металите зависят от едрината на зърната и наличието на данни от количествени изследвания вършат работа при по-нататъшни анализи за експлоатационното поведение на детайлите.
Количественият металографски анализ се основава на статистически методи за изследване на металите и сплавите, и дава информация за:
- големината на зърната в структурата,
- количественото съотношение между фазите,
- химичния състав на сплавите.
Редица учени са оставили завинаги имената си в металознанието със създаването на количествени методи, вършещи работа и сега. За определяне на размера на зърната се използват методът на визуалната оценка и методът на Джефрис.
За определяне на количественото съотношение между фазите, а често пъти и на химичния състав на сплавите, се използва методът на Розивал.
- метод на визуалната оценка
Върху металографска снимка се разполага неподвижно шаблон с изрязан в него кръг с точно определен диаметър. Наблюдаваната в кръга част от микроструктурата се сравнява с еталонна група от изобразени също в кръг структури. Всяка от тях е с различна едрина на зърната и има собствен номер (бал).
...... 
кликни за уголемяване...
По бала на избраната (най-добре съвпадащата) еталонна структура, от таблични данни, се отчита размера на зърната от наблюдаваната металографска снимка. Всичко се извършва бързо и лесно.
Например, структурата от снимката по-горе най-пълно съответства на еталона с бал 1. От таблицата данните са следните: лице на напречното сечение на зърното S = 0.064 mm², среден диаметър на зърното dср = 0.250 мм,
среден брой на зърната в 1 mm² nо = 16 и среден брой на зърната в 1 mm³ nз = 64.
Данните в таблицата са така изчислени, че да могат да се ползват само, ако наблюдаваната снимка е с увеличение 100 пъти. При други увеличения се използва таблица за приравняване към 100-кратното увеличение.
Така например, ако за една металографска структура с увеличение 400 пъти е направена преценка за съвпадение с
бал 4 от еталонните структури, от приравнителната таблица четвърти бал се трансформира в съответния за увеличение 100 осми бал. Едва след тази трансформация, от таблицата с количествените данни за зърната се отчитат стойностите, отговарящи на бал 8.
- метод на Джефрис
И тук, както при визуалната оценка, върху снимката се поставя същият шаблон и пак се задържа неподвижно.
Преброяват се зърната p, влизащи изцяло в кръга, и зърната q, частично попадащи в него. Общият брой наблюдавани зърна nо
се определя по формулата:
nо = p + 0.5q ,
като в случая, p = 9, q = 16, а nо = 9 + 8 = 17 ,
стойност, много близка до тази, определена по метода на визуалната оценка (nо = 16).
При структури с увеличение M, различно от 100, nо се изчислява по формулата:
nо = 2М² nx / 100² , където nx е броят на зърната, определени при увеличение M.
Средното лице на сечението на зърното Sср и средният диаметър на зърното dср се определят по формулите:
Sср = 1 / nо , dср = 1 / V¯nо
От примера е ясно, че най-лесно е, броят на зърната nо по Джефрис да се сравни с най-близката стойност за
nо в таблицата с характеристиките на зърната по метода на визуалната оценка и да се види дали баловете съвпадат. Ако това е така, визуалната оценка е била направена точно. При наличие на разлика се приемат данните по метода
на Джефрис.
- метод на Розивал
При този метод се изследват структури с добре отличаващи се фази и структурни съставни, като подевтектоидната стомана, сферографитния сив чугун, някои керамики и пластмаси. При наличие на металографска снимка на подевтектоидна стомана, например, може да се потърси количеството (обема) на перлита в нея и оттам - да се определи приблизителното въглеродно съдържание на стоманата.
Върху снимката се поставя шаблон, най-често от милиметрова хартия с дължина 100 мм, залепена върху лента от картон. Шаблонът се разполага в случайно избрано направление, без да илиза от полето на снимката. Измерва се дължината на отсечките, попадащи над изследваната част от структурата, в случая, над зърната на перлита (тъмните зони). Дължините на отсечките се сумират. И това се прави десет пъти. Накрая, резултатите от десетте измервания
(а1 - а10) също се събират и полученото число се разделя на десет за осредняване (аср).
а1 = а1-1 + а1-2 + а1-3 + ... + а1-n
а2 = а2-1 + а2-2 + а2-3 + ... + а2-n
а3 = а3-1 + а3-2 + а3-3 + ... + а3-n
...
а10 = а10-1 + а10-2 + а10-3 + ... + а10-n
аср = Sai / 10 (i=1÷10)
Обемът на перлита се определя по формулата:
Vп = аср 100 / l, %, където l е дължината на шаблона (в случая 100 мм)
Въглеродното съдържание в стоманата се определя по формулата:
% С = 0.8 Vп / 100, %.
Примерно, ако
а1 = 3 + 9 + 5 + 7 + 3 + 2 = 29 мм (шест перлитни зърна с дължина съответно 3, 9, 5, 7, 3 и 2 мм)
а2 = 24, а3 = 31, а4 = 22, а5 = 49, а6 = 37, а7 = 27, а8 = 19, а9 = 29, а10 = 33,
то аср = 300 / 10 = 30 мм,
Vп = 30 (100 / 100) = 30 %
% С = 0.8 (30 / 100) = 0.24 %С.
Литература и интернет
- Учебна литература по металознание / материалознание (31)
- Салтыков, С.А., Стереометрическая металлография, М., Металлургия, 1976.
- сайт на MIS Inc., USA - Metallurgy and Metallography Software PAX-it™ - Quantitative Image Analysis Software serving the Material Science Industries.
- сайт на LECO Corporation, USA - Image Analysis System IA32 - Nodularity (cast iron), Porosity, Grain size, Area fractions, Count, Particle size, Retained austenite, Fiber length, Dendrite arm spacing, Coating thickness, Powder metal.
- сайт на ZAO NIIIN MSIA "Spectrum", Russia - Metallography image analysis and processing software - Spectr Met 4.5.
- сайт на Wavelet Group, India - Automatic measurement
of various parameters in quantitative Metallography -
SC-Metalyst 2.0. - сайт на Buehler Ltd., USA - Image analysis with fully modular Imaging System & Software solution.
- сайт на Clemex Technologies Inc., Canada - Particle Size and Shape Image Analysis Workstation - Clemex PS³.
- сайт на Clemex Technologies Inc., Canada - Complete Image Analysis Software - Clemex Vision PE.