Методы определения величины зерна

3.1. Зерна металлов - это отдельные кристаллы поликристаллического конгломерата, разделенные между собой смежными поверхностями, называемыми границами зерен. Зерна могут быть равноосными и неравноосными. При наличии двойников зернами считают кристаллы вместе с двойниками.

3.2. Величина зерна - средняя величина случайных сечений зерен в плоскости металлографического шлифа - определяется методами:

визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонами шкал, приведенных в обязательном приложении 2, с определением номера зерна;

подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением среднего диаметра и средней площади зерна;

подсчета пересечений границ зерен отрезками прямых с определением среднего условного диаметра в случае равноосных зерен, количества зерен в 1 мм в случае неравноосных зерен;

измерения длин хорд под микроскопом или с использованием микрофотографий с определением относительной доли зерен определенного размера;

ультразвуковым.

Указанные методы применяют для оценки величины зерна, имеющего форму, близкую к равноосной.

Метод подсчета пересечений границ зерен применяется для оценки величины зерна удлиненной формы.

В случае определения величины зерна в разнозернистой структуре средние размеры (диаметр, площадь зерна) не являются характеристиками оценки структуры.

3.3. Метод определения величины зерна сравнением с эталонными шкалами

3.3.1. Величину зерна методом сравнения определяют при увеличении 100 . Допускается применение увеличения 90-105 .

После просмотра всей площади шлифа выбирают несколько типичных мест и сравнивают с эталонами, приведенными в шкалах приложения 2. Сравнение можно проводить, наблюдая изображение в окуляре микроскопа, на матовом стекле или фотоснимке.

3.3.2. Шкалы 1-3 представлены десятью эталонами в виде схематизированной сетки, ограничивающей размеры зерен. Эталоны приведены в виде круга диаметром 79,8 мм, что соответствует площади 5000 мм или натуральной площади на шлифе 0,5 мм .

Эталоны составлены так, что при увеличении 100 номера зерен G соответствуют числовым показателям величины зерна по уравнению = 8 х 2 , где - количество зерен на 1 мм площади шлифа

.

3.3.3. Средние численные значения площади зерна, числа зерен в 1 мм , диаметра и условного диаметра, а также числа зерен на площади в 1 мм , соответствующие эталонам шкалы G (-3) - 14, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Номер зерна G	Средняя площадь сечения зерна, ,	Число зерен на площади 1 мм	Среднее число зерен в 1 мм	Средний диаметр зерна , мм	Средний условный диаметр зерна ,
	мм	минимальное	среднее	максимальное			мм
-3		0,75		1,5		1,0	0,875
-2	0,5	1,5			2,8	0,707	0,650
-1	0,25					0,5	0,444
	0,125				22,6	0,353	0,313
	0,0625					0,250	0,222
	0,0312					0,177	0,157
	0,0156					0,125	0,111
	0,00781					0,088	0,0783
	0 00390					0,062	0,0553
	0,00195					0,044	0,0391
	0,00098					0,031	0,0267
	0,00049					0,022	0,0196
	0,000244					0,015	0,0138
	0,000122					0,011	0,0099
	0,000061					0,0079	0,0069
	0,000030					0,0056	0,0049
	0,000015					0,0039	0,0032
	0,000008					0,0027	0,0027

3.3.4. Шкалы 1 и 2 используют для оценки величины зерна во всех сталях и сплавах, шкалу 3 - для аустенитных, в которых после травления выявились двойники.

3.3.5. Если размер зерна в образце выходит за пределы эталонов шкал с номерами 1-10, пользуются другими увеличениями. Для перевода номера эталона при увеличении 100 пользуются табл. 2 или дополнительными шкалами 1, 2.

Таблица 2

Увели- чение	Номера зерен при 100
	-3	-2	-1
25											-	-	-	-	-	-	-	-
50	-	-											-	-	-	-	-	-
200	-	-	-	-	-	-											-	-
400	-	-	-	-	-	-	-	-
800	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-

Если при оценке величины зерна применяют увеличение, отличающееся от указанных в табл. 2 и дополнительных шкалах 1, 2, то следует пользоваться графиком, приведенным на чертеже, позволяющим определить значение поправочного коэффициента для пересчета увеличения микроскопа на увеличение 100

.

Номер зерна находят по формуле

,

где - номер зерна при увеличении микроскопа .

3.3.6. За однородную структуру принимают структуру, соответствующую одному из эталонов шкалы. Такая структура оценивается одним номером.

Разнозернистой структурой считают структуру, в которой имеются зерна, отличающиеся от основного (преобладающего) номера, соответствующего определенному эталону шкалы, более чем на 1 номер и занимающую на шлифе площадь более 10%. Такая структура оценивается двумя или более номерами, которые записываются в порядке уменьшения занимаемых ими площадей, например: , .

При необходимости указывают относительную площадь в процентах, занимаемую зернами каждого из этих номеров, например: (65%), (35%).

3.3.7. Расхождение оценок величины зерна методом сравнения должно быть не более одного номера.

3.4. Метод подсчета зерен

3.4.1. Метод заключается в определении количества зерен на единице поверхности шлифа (1 мм ) и расчете средней площади зерна и среднего диаметра зерен.

3.4.2. Подсчет зерен проводят на матовом стекле камеры микроскопа или на микрофотографиях, в которых поле зрения ограничивают одной из плоских фигур: окружностью диаметром 79,8 мм или квадратом со стороной 70,7 мм, или прямоугольником с размерами сторон 65х77, 60х83, 55х91 или 50х100 мм, что соответствует 0,5 мм поверхности шлифа при увеличении 100 .

3.4.2.1. Подсчитывают число зерен, попавших внутрь выбранной фигуры (), и число зерен, пересеченных ее границами () (см. приложение 3).

Общее количество зерен () на площади 0,5 мм шлифа при увеличении 100 подсчитывают по формуле

- для круга;

- для прямоугольника или квадрата.

Количество зерен , приходящихся на 1 мм площади шлифа, определяют по формул

е .

3.4.2.2. При использовании другого увеличения, отличающегося от 100 , число зерен , приходящихся на 1 мм поверхности шлифа, определяют по формуле

,

где - общее количество зерен, находящихся внутри фигуры, ограничивающей поле зрения на шлифе или фотографии при увеличении .

Увеличение подбирают из расчета, чтобы на поверхности было не менее 50 зерен.

3.4.2.3. Подсчет зерен проводят не менее чем в трех характерных местах шлифа и по полученным результатам рассчитывают среднее арифметическое значение.

3.4.2.4. Среднюю площадь сечения зерна () в мм определяют по формуле

.

3.4.2.5. Средний диаметр зерна () в мм определяют по формуле

.

3.4.2.6. Сравнением полученных значений , и со значениями соответствующих параметров в табл. 1 определяют номер величины зерна G.

Пример подсчета количества зерен на единицу поверхности шлифа приведен в приложении 3.

3.4.2.7. Допускаемые расхождения результатов трех определений при подсчете количества зерен не должны превышать 50%.

3.5. Методы подсчета пересечений границ зерен

3.5.1. Метод состоит в подсчете зерен, пересеченных отрезком прямой, и определении среднего условного диаметра - в случае равноосных зерен или количества зерен в 1 мм - в случае неравноосных зерен.

3.5.2. Подсчет пересечений зерен в обоих случаях проводят на матовом стекле микроскопа или микрофотографиях, на которых проводят несколько отрезков произвольной длины (например, 80 или 100 мм при увеличении 100 , что соответствует длине 0,8 или 1 мм на шлифе). Длину отрезков выбирают с таким расчетом, чтобы каждый из них пересекал не менее 10 зерен, при этом увеличение подбирают так, чтобы на исследуемой поверхности было не менее 50 зерен. Подсчитывают точки пересечений отрезков прямых линий с границами зерен. Зерна на концах прямой, не пересеченные ею целиком, принимают за одно зерно.

Определяют суммарную длину отрезков , выраженную в миллиметрах натуральной величины на шлифе, и суммарное число пересеченных зерен .

Измерения проводят не менее чем в пяти характерных местах шлифа.

Допускаемые расхождения результатов пяти определений при подсчете пересечений должны быть не более 50%.

3.5.3. Подсчет количества пересечений равноосных зерен проводят на двух взаимно перпендикулярных отрезках прямых, проведенных в каждом из пяти мест шлифа (см. приложение 4).

Средний условный диаметр зерна () в мм вычисляют по формуле

,

где - суммарная длина отрезков, мм;

- общее число зерен, пересеченных отрезками длиной .

3.5.4. Число неравноосных зерен в 1 мм шлифа определяют на шлифах, изготовленных вдоль и поперек главной оси симметрии. В этом случае отрезки прямых проводят параллельно осям симметрии (см. приложение 4).

Среднее число неравноосных зерен () в 1 мм объема шлифа вычисляют по формуле

,

где 0,7 - коэффициент, учитывающий неравноосность зерен;

- количество пересечений границ зерен на 1 мм длины в продольном направлении (вдоль оси вытянутых зерен);

- количество пересечений границ зерен на 1 мм длины в поперечном направлении;

- количество пересечений границ зерен на 1 мм длины в перпендикулярном направлении.

3.5.5. Метод подсчета пересечений границ зерен в быстрорежущей стали (метод Снейдер-Графа) состоит в подсчете пересечений зерен и определении среднего их числа на отрезке 63,5 мм при увеличении 500 и на отрезке 127 мм при увеличении 1000 .

Определение величины зерен обычно проводят на закаленных образцах не менее чем в 5 местах шлифа.

Результатом определения является среднее количество пересеченных зерен.

Зависимость между средним числом пересеченных зерен на отрезке 63,5 мм при увеличении 500 или на отрезке 127 мм при увеличении 1000 , соответствующим номером зерна по шкале и условной классификацией величины зерна, приведена в табл. 3.

Таблица 3

Среднее число пересеченных зерен	Номер зерна	Величина зерна
15 и выше	11-13 и выше	Очень мелкие
12-15		Мелкие
9-11		Средние
1-8	8-3	Крупные

3.6. Метод измерения длин хорд

3.6.1. Метод основан на замере линейных размеров отрезков - хорд, отсекаемых в зернах прямыми линиями, и применяется для определения величины зерна в разнозернистой структуре.

3.6.2. Замер длин хорд проводят:

непосредственно под микроскопом при помощи окуляра с линейкой (метод подвижного шлифа) по одной или нескольким линиям в произвольном направлении на шлифе;

на микрофотографии, при этом соблюдают условия п.3.5.2.

Замер проводят не менее чем в пяти наиболее типичных полях зрения, при этом в каждом поле зрения проводят не менее трех прямых в произвольном направлении.

Общее количество измерений зависит от однородности величины зерна, требуемой точности и достоверности результатов.

Так, например, при принятой достоверности 90% и ошибке 10% общее количество пересеченных зерен должно быть не менее 250, при достоверности 90% и ошибке 5% - не менее 1000.

3.6.3. Значения длин хорд относят к определенной размерной группе. Рекомендуется величину линейных размеров в группах представлять в виде геометрического ряда с коэффициентом 1,45. В этом случае размерные группы соответствуют размерам зерен - номерам (G) по среднему условному диаметру.

Подсчитывают количество длин хорд каждого размера по всем линиям.

Определяют относительную долю зерен в процентах с определенной длиной хорды по формуле

%,

где - длина хорды, мм;

- количество зерен с длиной хорды ;

- общая длина хорд, мм.

.

В соответствии с законами математической статистики могут быть также подсчитаны следующие параметры: средний условный диаметр (средний размер хорды ), среднеквадратическое отклонение от среднего (), коэффициент вариации () и др. При этом средний условный диаметр не является характеристикой разнозернистой структуры (см. п.3.3.6).

Пример определения величины зерна в разнозернистой структуре приведен в приложении 5.

3.7. Для определения величины зерна готовых изделий применяется ультразвуковой метод. Сущность метода, способ подготовки эталонных образцов, оборудование и методика контроля приведены в приложении 6.

3.8. Результаты выявления и определения величины зерна записывают в протокол, форма которого приведена в приложении 7.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Рекомендуемое

Дата добавления: 2017-01-14