Приложение М (обязательное). Метод металлографического определения загрязненности рельсов неметаллическими включениями по шкале включений

Приложение М
(обязательное)

Метод металлографического определения загрязненности рельсов неметаллическими включениями по шкале включений

М.1 Общие положения

М.1.1 Настоящим методом определяют загрязненность рельсов отдельными глобулярными включениями и строчками глобулярных включений.

Под оцениваемым неметаллическим включением понимается отдельная подлежащая оценке структура, состоящая из одной или нескольких неметаллических частиц.

М.1.2 Параметры и характеристики включений:

а) n - количество включений;

б) L - длина включений, мкм.

Примечание - Длина как размер включения в главном направлении деформации, всегда больше, чем ширина.

в) w - ширина включений, мкм.

Примечания

1 Ширина включения - максимальная ширина перпендикулярно к главному направлению деформации. Это значение может определяться только для ручной оценки.

2 Для включений только с одной частицей ширина - это максимальная ширина, измеренная перпендикулярно главному направлению деформации. Ширину включения с двумя частицами определяют по ширине наибольшей частицы (см. рисунок М.2).

3 Ширину одной строчки включений определяют как ширину вписанного в ограничивающий прямоугольник эллипса с той же длиной, как у строчки включений (см. рисунок М.1б).

Ширину включения из нескольких строчек определяют, как указано на рисунке М.3.

г) d - диаметр включений, мкм.

Примечание - Диаметр классифицируют как максимальный размер отдельного глобулярного включения.

д) - площадь включений, мкм ².

Примечание - Площадь включений рассчитывают, как площадь поверхности вписанного в ограничивающий прямоугольник эллипса с той же длиной, что и у включения (см. рисунок М.1).

е) е - расстояние между частицами в главном направлении деформации, t - в направлении перпендикулярном к нему, мкм, (см. рисунки М.2 и М.3);

ж) х - переменная.

М.1.3 Расположение, форма и цвет включений:

- - строчки черных глобулярных включений ЕВ;

- - строчки цветных глобулярных остроугольных включений EFB;

- - отдельные черные глобулярные включения ED.

М.1.4 Отнесение формы включения к глобулярным включениям проводят по соотношению длины включения (L) к его ширине L/w менее 1,3 в соответствии с указанным на рисунке М.1а.

Рисунок М.1 - Определение формы глобулярных неметаллических включений

Площадь трех различных глобулярных включений , мкм ² (рисунок М.1б) с одинаковой длиной L, шириной w = w ₁ = w ₂ = w ₃ и площадью  =  ₁ =  ₂ =  ₃, определяют по формуле

.

(М.1)

М.1.5 Включения, состоящие из одной или нескольких частиц, оценивают на основе условий расстояния в главном направлении деформации (е) и перпендикулярно к главному направлению деформации (t) в соответствии с рисунком М.2

Примечания

1 Если е 40 мкм, t 10 мкм, w ₂ > w ₁, то L = L ₁ + е + L ₂, и w = w ₂, то две частицы образуют одну строчку включений и их считают одним включением.

2 Если е > 40 мкм или t > 10 мкм, L ₁ = L ₁, w ₁ = w ₁, L ₂ = L ₂, w ₂ = w ₂, то две частицы не образуют строчку включений и их считают как два включения.

Рисунок М.2 - Определение включений с двумя частицами на основе условий расстояния

М.1.6 Определение параметров скопления строчек включений проводят на основе условий расстояния в главном направлении деформации (е) и перпендикулярно к главному направлению деформации (t) в соответствии с рисунком М.3.

М.1.7 Включения, которые состоят из различных видов частиц, классифицируют в соответствии с преобладающей на поверхности формой и дополнительно, если необходимо, по цвету.

М.1.8 Включения групп ЕВ и ED регистрируют по длине включений, начиная с 3 строки шкалы.

Из оценки исключают все частицы длиной или диаметром менее 3 мкм или шириной менее 2 мкм.

Примечания

1 Если для включений, приведенных на рисунке М.3а, w ₁ > w ₂, 0 е ₅ 40 мкм и t 10 мкм, то общую ширину строчки включений принимают равной w ₁.

2 Если для включений, приведенных на рисунке М.3б, w ₁ > w ₂, е ₅ < 0 мкм, и t 10 мкм, то общую ширину строчки включений w _общ принимают равной w ₁ + t + w ₂.

3 Если для включений, приведенных на рисунке М.3в, w ₂ ^* = w ₂ + t ₂ + w ₃ и w ₂ ^* w ₄ > w ₁ > w ₂ > w ₃, e ₉ < 0, 0 e ₅ и e ₁₃ < 40 мкм и t ₁, t ₂ и t ₃ 10 мкм, то общую ширину строчки включений принимают равной w ₂ ^*.

4 Если все t 10 мкм и все значения от е ₁ до е ₁₇ все 40 мкм, то длину включений L = L ₁ + е ₁ + L ₂ + е ₂ ... е ₁₇ + L ₁₈, определяют по формуле

.

(М.2)

Рисунок М.3 - Определение строчек включений на основе условий расстояния

М.2 Определение загрязненности неметаллическими включениями с помощью визуального контроля методами оценки Р и K

Оценку загрязненности рельсов неметаллическими включениями осуществляют с помощью металлографического микроскопа путем сравнения с изображениями на полноразмерной шкале неметаллических включений ^* (далее - шкала). Изображение шкалы приведено на рисунке М.4.

------------------------------

^*_{Полноразмерная шкала к настоящему стандарту включена в Федеральный информационный фонд стандартов.}

------------------------------

Определение загрязненности рельсов строчечными глобулярными оксидными (группы ЕВ), строчечными (остроугольными) цветными нитридными и карбонитридными (группы EFB-) и отдельными глобулярными оксидными (группы ED) включениями выполняют методом металлографического анализа путем сравнения со шкалой с помощью визуального контроля.

Для контроля загрязненности рельсов соответствующими включениями наблюдают нетравленую поверхность шлифа, площадь которой должна быть не менее 15 x 15 мм, с помощью металлографического микроскопа при увеличении х100.

Результатом оценки являются: определение максимальной длины строчечных глобулярных (группа ЕВ) оксидных включений (P _L); строчечных (остроугольных) цветных нитридных и карбонитридных включений (группы EFB-) (P _L); максимальный диаметр отдельных глобулярных (группы ED) оксидных включений (P _d); коэффициенты (средние значения) загрязненности включениями групп ЕВ и ED ( и ).

Определение указанных параметров неметаллических включений проводят на заданном количестве шлифов сравнением со шкалой. Необходимые средства измерения: металлографический микроскоп; видеокамера или фотоаппарат (для автоматического сканирования изображения); персональный компьютер (для автоматического анализа изображения); моторизованный предметный столик с джойстиком управления (для автоматического анализа изображения) и программа анализа изображения, включенная в Государственный реестр средств измерений.

М.2.1 Сущность методов

Методом оценки загрязненности неметаллическими включениями Р определяют параметры P _L (подсчет максимальной длины) и P _d (подсчет максимального диаметра) самых крупных включений.

Методом оценки K определяют параметры и .

Для определения каждого из параметров P _L, P _d, и при помощи микроскопа сканируют нетравленую поверхность каждого из заданного количества шлифов поле за полем. Длину кромки поля измерения принимают равной 710 мкм (соответствует увеличению микроскопа 100 и площади одного поля зрения на шлифе, равной 0,5 мм ²). Площадь области измерения не менее 225 мм ². Образец устанавливают на предметный столик так, чтобы главное направление деформации было вертикальным по отношению к просматриваемому полю зрения. Включение, пересекаемое кромкой поля зрения, необходимо переместить в пределы поля зрения путем перемещения образца столиком микроскопа.

В результате просмотра поверхности шлифа одновременно регистрируют:

- максимальную длину (P _L, мкм) строчечных глобулярных оксидных включений (группы ЕВ) и строчечных (остроугольных) цветных нитридных и карбонитридных включений (группы EFB-) на каждом шлифе;

- максимальный диаметр (P _d, мкм) отдельных глобулярных оксидных включений (группы ED) на каждом шлифе;

- число включений групп ЕВ и ED, длина которых соответствует значению, начиная со строки 3 шкалы.

Рисунок М.4 - Изображение шкалы неметаллических включений в рельсах

М.2.2 Определение параметра P _L (максимальная длина)

В пределах анализируемой площади шлифа находят включения, соответствующие группам ЕВ и EFB- (столбцы 2-5) шкалы. Регистрируют только номер строки, соответствующей самому крупному включению для каждой группы на поверхности измерения. Номер строки записывают в таблицу М.1.

Процедуру проводят для каждого шлифа. Количество шлифов установлено в таблице 15.

Определяют значение длины включений по соответствующей строке шкалы и записывают ее в таблицу М.1. Затем на каждом из заданного количества шлифов выбирают максимальную длину включения для групп ЕВ и EFB- и вычисляют средние значения длины для указанных групп, соответственно.

Окончательным результатом оценки являются максимальная длина включений, обнаруженных на заданном количестве шлифов и усредненное значение максимальных длин по заданному количеству шлифов для каждой группы.

Таблица М.1 - Бланк для регистрации и расчета результатов определения параметров P _L и P _d наибольших включений

Номер шлифа	Группа ED, столбцы 1, 6, 7		Группа ЕВ, столбцы 2-5		Группа EFB-, столбцы 2-5
	Диаметр, P d, мкм		Номер строки	Длина, P L, мкм	Номер строки	Длина, P L, мкм
1
2
3
4
5
6
Максимальное значение	P d		P L		P L
Сумма
Среднее значение

М.2.3 Определение параметра P _d (максимальный диаметр)

Определение параметра P _d аналогично определению параметра P _L. Параметр P _d определяют только для включений группы ED сравнением со шкалой по столбцу 1, начиная со строки 1.

В таблицу М.1 записывают значение диаметра самого крупного включения, соответствующее шкале.

Процедуру проводят для каждого контролируемого шлифа.

Окончательным результатом оценки являются максимальный диаметр включений, обнаруженных на заданном количестве шлифов, и усредненное значение максимальных диаметров по заданному количеству шлифов.

М.2.4 Определение коэффициентов (среднего значения) загрязненности и для включений групп ЕВ и ED

Каждый шлиф просматривают с помощью микроскопа поле за полем. В пределах поверхности измерения каждого шлифа находят включения групп ED и ЕВ (столбцы 1, 6, 7 и 2-5, соответственно), начиная со строки 3 шкалы.

Сравнением со шкалой классифицируют каждое включение в пределах каждого поля зрения с присвоением номера строки - q и номера столбца - k.

В таблицу М.2 записывают число включений групп ЕВ и ED во всех строках и столбцах для каждого поля зрения (в соответствующей строке таблицы записывают цифру 1, если включение данного класса найдено, включения одного класса записывают через запятую). Затем подсчитывают и записывают общее число включений для каждой группы и каждого класса на каждом из заданного количества шлифов. Подсчет разного количества включений одного класса в одном поле зрения можно заменить оценкой по столбцам 6-7. Также в таблицу М.2 записывают площадь одного поля зрения, равную 0,5 мм ², и общую сканированную площадь на заданном количестве шлифов, равную сумме площадей всех оцениваемых шлифов (S = S ₁ + S ₂ + ... + S _n, где S ₁, S ₂, ..., S _n - площади оцениваемых шлифов соответственно, 1, 2, ..., n - номера оцениваемых шлифов).

Значения длины L (мкм), ширины w (мкм), площади а (мкм ²) включений приведены в таблице М.3. Включения с соотношением L/w  1,3 относят к вытянутым или строчечным, с соотношением L/w < 1,3 - к глобулярным включениям.

Таблица M.2 - Бланк для расчета коэффициентов (средних значений) загрязненности и

N строки

Группа ED, столбец 1

Группа ED, столбец 6

Группа ЕВ, столбец 2

Группа ЕВ, столбец 3

Группа ЕВ, столбец 4

Группа ЕВ, столбец 5

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

Общее число

Площадь класса

Общая площадь

3

4

5

6

7

8

9

Промежуточная сумма

Общая площадь включений

Средний множитель

Взвешенная сумма площадей, мкм 2

Общая сканированная площадь, мм 2

Промежуточное К а, мкм 2/мм 2

Суммарный К а, мкм 2/мм 2

Исходная точка для строчечных, вытянутых и глобулярных включений: строка 3.

Из таблицы М.3 в таблицу М.2 записывают значение площадей классов. Затем умножают общее число оксидных включений на соответствующую площадь класса (см. таблицу М.3) и получают общую площадь. Для каждого вида оксидных включений суммируют общие площади и получают промежуточную сумму.

Отдельно для групп включений ЕВ и ED подсчитывают их общую площадь. Умножая общую площадь включений ЕВ и ED на средний множитель, получают взвешенную сумму площадей. Средний множитель (при увеличении 100) для оксидных включений группы ED равен 0,5; для оксидных включений группы ЕВ - 0,355. Переписывают из таблицы М.2 значение сканированной площади. Вычисляют значения и делением взвешенной суммы площадей включений на сканированную площадь.

М.3 Определение загрязненности оксидными включениями с помощью автоматической системы анализа изображений

Загрязненность оксидными включениями с помощью автоматической системы анализа изображений контролируют определением параметров P _L, P _d, и путем сканирования с помощью микроскопа в автоматическом режиме нетравленой поверхности каждого из заданного количества шлифов. Размер кромки поля зрения должен быть равным 710 мкм. Образец устанавливают на предметный столик так, чтобы главное направление деформации было вертикальным по отношению к просматриваемому полю зрения.

В автоматической системе анализа изображений параметры P _L, P _d, и определяются аналогично М.1.1, М.1.2, М.1.3.

Анализ должен включать следующие этапы:

- калибровка анализатора изображения по объект-микрометру;

- установка шлифа(ов) на предметный столик микроскопа;

- установка параметров сканирования шлифа и анализа изображения (площадь сканирования, оптимальный уровень закрашивания оксидов, условия фокусировки);

- проведение сканирования поверхности шлифов для идентификации включений;

- проверка правильности идентификации включений;

- создание отчета.

Таблица М.3 - Длина L, ширина w, площадь а для изображений шкалы

Показатели включений			Глобулярные включения. Столбец 1 d  3 мкм	Отдельные и групповые строчки глобулярных включений. Столбцы от 2 до 6. Длина L 3 мкм и ширина w 2 мкм
Строка q	Длина L, мкм	Ширина w, мкм, площадь а, мкм 2
			1	2	3	4	5	6
1	5,50	w, мкм	5,50	-	-	2,0	-	-
		, мкм 2	24			9,0
2	11	w, мкм	11	-	-	3,0	8,0	-
		, мкм 2	95			25	71
3	22	w, мкм	22	-	-	4,0	12	-
		, мкм 2	380			71	200
4	44	w, мкм	44	-	2,0	6,0	16	-
		, мкм 2	1525		71	200	565
5	88	w, мкм	88	-	3,0	8,0	23	65
		, мкм 2	6100		200	565	1600	4525
6	176	w, мкм	176	-	4,0	12	33	93
		, мкм 2	24500		565	1600	4525	12800
7	353	w, мкм	-	2,0	6,0	16	46	131
		, мкм 2		566	1600	4525	12800	36200
8	705	w, мкм	-	3,0	8,0	23	65	-
		, мкм 2		1600	4525	12800	36200
9	1410	w, мкм	-	4,0	12	33	93	-
		, мкм 2		4525	12800	36200	102400
Примечание - Включения с соотношением L/w < 1,3 считаются глобулярными включениями. Значения в таблице М.3 являются обязательными для всех оценок.