1. Jak z perspektywy makroskopowej możemy wstępnie określić jednorodność tkanki na podstawie oględzin lub przy małym powiększeniu?
Kontrola wytrawiania (kontrola przy małym powiększeniu): Najpopularniejsza metoda makroskopowa. Próbkę wycina się i trawi gorącym kwasem (np. roztworem kwasu solnego). Ze względu na niejednorodność mikrostruktury spowodowaną segregacją chemiczną, porowatością lub agregacją inkluzji, po trawieniu kwasem pojawią się różne odcienie koloru, linie przepływu lub plamy.
Jednorodna mikrostruktura: wytrawiona powierzchnia powinna mieć jednolity szarawy-biały lub jasnoszary kolor, z gęstą makrostrukturą i bez wyraźnych ciemnych plam, jasnych linii lub porowatości.
Niejednorodna mikrostruktura: Jeśli zaobserwowano widoczną segregację pasmową (naprzemienne czarne i białe paski), segregację centralną (ciemny pas na środku płyty) lub jasne białe paski (lokalne nieprawidłowości w składzie), wskazuje to na poważną niejednorodność składu chemicznego lub struktury krzepnięcia stalowej cewki.
Obserwacja powierzchni pęknięcia: Próbkę przebija się lub łamie i obserwuje się morfologię pęknięcia.
Powierzchnia pęknięcia jednorodnej mikrostruktury jest zwykle jednolicie włóknista (pęknięcie plastyczne).
Jeśli na powierzchni pęknięcia pojawią się krystaliczne fasetki (krzemień) lub białe plamy, mogą występować gruboziarniste ziarna lub agregacja wtrąceń, co prowadzi do miejscowej kruchości.
2.Co konkretnie decyduje o jednorodności mikrostruktury (metalograficznej)? Jak ocenia się jednorodność ziarna?
Jednorodność wielkości ziarna: Jest to najważniejszy wskaźnik.
Stan idealny: Wielkość ziaren w polu widzenia powinna być w zasadzie jednolita, wykazywać równoosiowy kształt kryształu, a rozkład wielkości powinien być skoncentrowany. Według norm ASTM E112, jeśli zdecydowana większość ziaren skupiona jest w obrębie 2-3 sąsiednich poziomów (np. głównie poziom 8, z niewielką liczbą poziomów 7 i 9), można to uznać za jednolite.
Stan niejednorodny (ziarna mieszane): Jeżeli w polu widzenia występują jednocześnie ziarna grube (np. poziom 5 ASTM) i drobne ziarna (np. poziom 10 ASTM), nazywa się to strukturą ziaren mieszanych. Jest to główne tabu w głębokim tłoczeniu, prowadzące do nierównomiernego odkształcenia i dużej podatności na pękanie.
Jednorodność rozkładu faz: dla stali dwu-fazowej (ferryt + martenzyt) lub stali wielofazowej.
Stan idealny: Faza twarda (martenzyt/bainit) powinna być równomiernie i rozproszonie rozmieszczona na miękkiej matrycy ferrytowej, tworząc strukturę sieciową lub wyspową, a nie aglomerującą lub wyglądającą jako wydłużone paski.
Stan nie{0}}jednorodny: jeśli martenzyt jest rozmieszczony pasmowo lub w niektórych obszarach nie ma martenzytów, a w innych jest ich duża ilość, oznacza to, że zachodzi mikro-segregacja pierwiastków stopowych (takich jak Mn i C), co prowadzi do asynchronicznej przemiany fazowej.
3.Co to jest tkanka pasmowana? W jaki sposób zakłóca jednorodność tkanki?
Definicja: Pod mikroskopem ferryt i perlit (lub inne mikrostruktury) są rozmieszczone równolegle, naprzemiennie tworząc pasma wzdłuż kierunku walcowania stali, podobnie jak słoje drzew.
Przyczyny: Głównie z powodu segregacji dendrytycznej podczas krzepnięcia wlewka stalowego. Pomiędzy dendrytami gromadzą się pierwiastki stopowe (zwłaszcza mangan i fosfor). Podczas walcowania na gorąco i na zimno te wzbogacone i zubożone obszary wydłużają się, tworząc chemicznie zróżnicowane pasma. Podczas późniejszego chłodzenia lub wyżarzania obszary te o różnym składzie przekształcają się w różne mikrostruktury.
Szkodliwe skutki:
Anizotropia: Prowadzi do znacznych różnic we właściwościach mechanicznych materiału w kierunku poprzecznym i wzdłużnym, a zwłaszcza do znacznego zmniejszenia plastyczności poprzecznej i wytrzymałości.
Pękanie formujące: Pęknięcia łatwo tworzą się wzdłuż styku pasm ferrytu i perlitu podczas zginania lub głębokiego tłoczenia.
Kryteria oceny: Ocena zgodnie z normami GB/T 13299 lub ASTM E1268. W przemyśle zwykle wymagane jest, aby pasmo było mniejsze lub równe 2 (im niższe, tym lepsze). W przypadku wysokiej-blachy ze stali samochodowej zwykle wymagane jest wyeliminowanie prążków lub wartość mniejsza lub równa 1.
4. Jak oprócz wielkości ziaren i mikrostruktury możemy zaobserwować jednorodność składu (mikrozegregację)?
Mikroanaliza z sondą elektronową (EPMA) lub analiza powierzchni ze spektroskopią dyspersyjną energii (EDS): Jest to najbardziej bezpośrednia metoda. Skanowanie powierzchni próbki wiązką elektronów generuje mapy rozkładu powierzchniowego poszczególnych pierwiastków (takich jak Mn, Si, P, Cr).
Jednorodna mikrostruktura: Mapa rozmieszczenia pierwiastków pokazuje jednolity kolor bez wyraźnych punktów koncentracji lub pasmowych obszarów koncentracji.
Niejednorodna mikrostruktura: Jeżeli obserwuje się wyraźne pasma segregacji manganu (ciemny kolor i wygląd pasków) lub fosfor jest wzbogacony na granicach ziaren (nienormalnie jasny kolor na granicach ziaren), jest to bezpośredni dowód mikroskopijnej niejednorodności składu.
Metoda wcięcia mikrotwardości: Ta metoda pośrednio ocenia mikrostrukturę poprzez badanie jej mikrotwardości. W mikro-obszarze (w krokach co 10–50 mikrometrów) zaznacza się rząd punktów twardości.
Jeśli wartości twardości znacznie się wahają (np. wysoka twardość w pasmach segregacji i niska twardość w obszarach zubożonych), wskazuje to na znaczne różnice w składzie lub mikrostrukturze w obrębie tego mikro-obszaru, co skutkuje słabą jednorodnością.
5.Jak ocenić równomierność-rozkładu wtrąceń niemetalicznych?
Metoda oceny: Obserwuj morfologię i rozkład wtrąceń pod mikroskopem (zwykle 100x) zgodnie z normami krajowymi (takimi jak GB/T 10561, odpowiednik ISO 4967) lub normami ASTM E45.
Kluczowe punkty oceny:
Identyfikacja typu: Należy rozróżnić klasę A (siarczki), klasę B (tlenek glinu), klasę C (krzemiany), klasę D (tlenki kuliste) i klasę DS (duże wtrącenia pojedynczych-cząstek).
Rozdrobnienie i ilość: Statystycznie klasyfikuj rozdrobnienie i gruboziarnistość każdego rodzaju wtrąceń. Im niższy numer klasy, tym mniej i mniejsze wtrącenia.
Morfologia dystrybucji:
Jednolite: inkluzje są małe, rozproszone, a ich ilość jest mniej więcej taka sama w każdym polu widzenia.
Nie-jednolity: podobny do łańcucha- (wtrącenia klasy B są rozmieszczone w formie paciorków) lub agregacja dużych cząstek (klasa DS). W szczególności łańcuchy,-takie jak tlenek glinu, mogą poważnie rozerwać metalową osnowę, powodując pęknięcia podczas tłoczenia.
Idealny cel: w przypadku wysokiej-jakości-zwojów walcowanych na zimno (takich jak panele samochodowe i materiały DI) ogólnie wymagane jest, aby poziom różnych wtrąceń (zwłaszcza kruchych typów B i D) był mniejszy lub równy 1,5 lub 1,0 i nie powinno być żadnych grubych wtrąceń.