Приложение М (обязательное). Методика металлографического анализа. Сталь. Определение загрязненности оксидными включениями по эталонным изображениям

Приложение М
(обязательное)

Методика металлографического анализа. Сталь. Определение загрязненности оксидными включениями по эталонным изображениям

С изменениями и дополнениями от:

24 февраля 2016 г.

Информация об изменениях:

Раздел М.1 изменен с 1 марта 2016 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

М.1 Определение загрязненности оксидными включениями с помощью визуального контроля методами оценки Р и К

Определение загрязненности рельсов строчечными глобулярными (группы ЕВ) и отдельными глобулярными (группы ED) включениями выполняют методом металлографического анализа путем сравнения с эталонными изображениями с помощью визуального контроля или автоматических систем анализа изображений.

Для контроля загрязненности рельсов соответствующими включениями наблюдают нетравленую поверхность шлифа, площадь которой должна быть не менее 15 х 15 мм под оптическим микроскопом при увеличении 100.

Результатом оценки является наибольшая длина строчечных глобулярных (группа ЕВ) оксидных включений (Р_L), наибольший диаметр отдельных глобулярных (группа ED) оксидных включений (Р_D), суммарный коэффициент загрязненности включениями групп ЕВ и ED (К_а).

Определение данных параметров включений проводят на шести шлифах сравнением с серией эталонных изображений. Необходимые средства измерения: оптический 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.

Приведенная на рисунке М.1 серия эталонных изображений неметаллических включений является иллюстрацией эталонной шкалы европейского регионального стандарта [2]. Оценку загрязненности рельсов неметаллическими включениями осуществляют с помощью микроскопа путем сравнения с изображениями по оригинальной эталонной шкале в соответствии с [2].

М.1.1 Сущность методов

Методом оценки загрязненности включениями Р определяют параметры P_L (подсчет наибольшей длины включения), Р_D (подсчет наибольшего диаметра) самых крупных включений.

Методом оценки K определяют параметр K_a (суммарный коэффициент загрязненности).

Для определения каждого из параметров P_L, P_D и K_a при помощи микроскопа сканируют нетравленую поверхность каждого из шести 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 мм²). 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:

- наибольшую длину (P_L, мкм) строчечных глобулярных оксидных включений (группа ЕВ) на каждом шлифе;

- наибольший диаметр (Р_D, мкм) отдельных глобулярных оксидных включений (группа ED) на каждом шлифе;

- число включений групп ЕВ и ED, длина которых соответствует значению, начиная с 3 строки серии эталонных изображений (см. рисунок М.1).

Информация об изменениях:

Подраздел М.1.2 изменен с 1 марта 2016 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

М.1.2 Определение параметра P_L (наибольшая длина)

В пределах анализируемой площади шлифа находят включения, соответствующие группам ЕВ (столбцы 7-10) серии эталонных изображений (см. рисунок М.1). Регистрируют только номер строки, соответствующей самому крупному включению на поверхности измерения по серии эталонных изображений. В таблицу М.1 записывают номер строки самого длинного включения.

Процедуру проводят для каждого из шести шлифов, отобранных от плавки.

Определяют значение длины включения по соответствующей строке серии эталонных изображений и записывают ее в таблицу М.1. Затем на каждом из шести шлифов выбирают максимальную длину включения группы ЕВ и вычисляют среднее значение длины.

Окончательным результатом оценки являются наибольшая длина и среднее значение наибольших длин включений, обнаруженных на шести шлифах.

Информация об изменениях:

Подраздел М.1.3 изменен с 1 марта 2016 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

М.1.3 Определение параметра P_D (наибольший диаметр)

Определение параметра P_D аналогично определению параметра P_L. Параметр P_D определяют только для включений группы ED сравнением с серией эталонных изображений (см. рисунок М.1), по столбцу 6, начиная со строки 1.

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

Процедуру проводят для каждого из шести шлифов, отобранных от плавки.

Окончательным результатом оценки являются наибольший диаметр и среднее значение наибольших диаметров включений, обнаруженных на шести шлифах.

М.1.4 Определение суммарного коэффициента загрязненности К_а

Каждый шлиф просматривают с помощью микроскопа поле за полем. В пределах поверхности измерения каждого шлифа находят включения групп ЕВ и ED (столбцы 7-10 и 6 соответственно), начиная со строки 3 серии эталонных изображений (см. рисунок М.1).

Сравнением с серией эталонных изображений, 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 шести шлифов. Подсчет разного количества включений одного класса в одном поле зрения можно заменить оценкой по столбцам 11-12 (см. рисунок М.1). Также в таблицу М.2 записывают площадь одного поля зрения, равную 0,5 мм² и общую сканированную площадь на шести шлифах, равную 1350 мм² (см. таблицу М.2).

Полученные значения общего числа включений переносят из таблицы М.2 в соответствующие поля таблицы М.3. В таблице М.4 приведены значения длины L (мкм), ширины w (мкм), площади а (мкм²), отношения длины к ширине L/w и коэффициента формы f включений. Ширину включения w рассчитывают по формуле

,

(М.1)

где a рассчитывают по формуле:

.

(М.2)

Из таблицы М.4 в таблицу М.3 записывают значение площадей классов. Затем умножают общее число оксидных включений на соответствующую площадь класса (см. таблицу М.4) и получают общую площадь. Для каждого вида оксидных включений суммируют общие площади и получают промежуточную сумму.

Отдельно для 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.3 значение сканированной площади. Вычисляют промежуточные значения К_а^ЕB и К_a^ЕD делением взвешенной суммы площадей включений на сканированную площадь.

К_а равно сумме промежуточных значений К_а^ЕB и К_a^ЕD, соответствующих группам включений ЕВ и ED.

Результатом оценки считают суммарное значение загрязненности оксидными включениями К_а из таблицы М.3.

М.2 Определение загрязненности оксидными включениями с помощью автоматической системы анализа изображений

Загрязненность оксидными включениями с помощью автоматической системы анализа изображений контролируют определением параметров Р_L, P_D и К_a путем сканирования с помощью микроскопа в автоматическом режиме нетравленой поверхности каждого из шести 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 Р_L, Р_D и К_a определяются аналогично М.1.1, М.1.2, М.1.3.

Анализ должен включать в себя следующие этапы:

- калибровка анализатора изображения по объект-микрометру;

- установка шлифа/шлифов 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.

- глобулярные нерегулярные включения;

- глобулярные строчечные включения;

столбец 6 - отдельные глобулярные включения;

столбцы 7-10 - строчки из глобулярных включений;

столбец 11 - разное число глобулярных включений;

столбец 12 - число включений в одном поле

Рисунок М.1 - Серия эталонных изображений

Информация об изменениях:

Таблица М.1 изменена с 1 марта 2016 г. - Изменение N 1

См. предыдущую редакцию

Таблица М.1 - Бланк для регистрации и расчета результатов определения параметров P_D и P_L наибольших включений

Номер шлифа	Группа ED, столбец 6		Группа ЕВ, столбцы 7-10
	Длина, РD, мкм		Номер строки	Длина PL, мкм
1
2
3
4
5
6
Максимальное значение	PD		PL
Сумма
Среднее значение в мкм

Таблица М.2 - Бланк для записи содержания включений

Строка	Группа ЕВ, столбец 7		Группа ЕВ, столбец 8		Группа ЕВ, столбец 9		Группа ЕВ, столбец 10		Группа ED, столбец 6
	Число включений	Общее число включений	Число включений	Общее число включений	Число включений	Общее число включений	Число включений	Общее число включений	Число включений	Общее число включений
3
4
5
6
7
8
9
	Площадь одного поля зрения, мм2 - 0,5 мм2 Общая сканированная площадь, мм2 - 6 шлифов х 225 мм2 = 1350 мм2 Исходная точка для строчечных, вытянутых и отдельных глобулярных оксидных включений: строка 3

Таблица М.3 - Бланк для расчета суммарного коэффициента загрязненности К_а

N строки

Группа ЕВ, столбец 7

Группа ЕВ, столбец 8

Группа ЕВ, столбец 9

Группа ЕВ, столбец 10

Группа ED, столбец 6

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, мкм2

Общая сканированная площадь, мм2

Промежуточное Ка, мкм2/мм2

Суммарный Ка, мкм2/мм2

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

Таблица М.4 - Длина, ширина, площадь, отношение длины к ширине включений и коэффициенты формы для изображений включений

			Столбцы k. Длина включений L, не менее 3 мкм, ширина w, не менее 2 мкм				Глобулярные включения, столбец 6, d не менее 3 мкм
Строка, q	L, мкм		7	8	9	10	6
1	5,50	w, мкм			2,00		5,50
		а, мкм2			9,00		24
		L/w			2,70		1,00
		f			0,58		0,00
2	11	w, мкм			3,00	8,00	11
		а, мкм2			25	71	95
		L/w			3,80	1,34	1,00
		f			0,56	0,12	0,00
3	22	w, мкм			4,00	12	22
		а, мкм2			71	200	380
		L/w			5,40	1,90	1,00
		f			0,55	0,21	0,00
4	44	w, мкм		2,00	6,00	16	44
		а, мкм2		71	200	565	1525
		L/w		22	7,60	2,70	1,00
		f		0,81	0,54	0,26	0,00
5	88	w, мкм		3,00	8,00	23	88
		а, мкм2		200	565	1600	6100
		L/w		30	11	3,80	1,00
		f		0,76	0,53	0,30	0,00
6	176	w, мкм		4,00	12	33	176
		а, мкм2		565	1600	4525	24500
		L/w		43	15	5,40	1,00
		f		0,73	0,53	0,33	0,00
7	353	w, мкм	2,00	6,00	16	46
		а, мкм2	566	1600	4525	12800
		L/w	177	61	22	7,60
		f	0,88	0,70	0,52	0,35
8	705	w, мкм	3,00	8	23	65
		а, мкм2	1600	4525	12800	36200
		L/w	244	86	30	11
		f	0,84	0,68	0,52	0,36
9	1410	w, мкм	4,00	12	33	93
		а, мкм2	4525	12800	36200	102400
		L/w	345	122	43	15
		f	0,81	0,66	0,52	0,38