各种金属材料会因热处理等导致其金属组织和机械性质会发生变化。正确评估材料需要根据工业标准精确分析结晶粒度。
下面我们将为您介绍解决传统结晶粒度分析时的目视比较课题,自动计算符合工业标准的粒度编号的4K数码显微系统应用案例。

金属组织结晶粒度分析中的工业标准和定量评估

金属材料的机械性质和结晶粒度

广泛用于汽车、基础设施设备、建筑物、电机/电子元件等众多领域及产品的金属材料。其种类多种多样,对于不同的用途及目的,需要选择合适的材料。以汽车的车体和发动机部件为例,对所使用金属材料机械性质的要求有很大不同。此外,除了铁、铝等纯金属和合金这种金属材料的种类之外,掌握因热处理等而变化的金属组织和机械性质也很重要。

金属组织是一种“多晶体”,具有由许多“结晶粒”构成的晶体结构。在结晶粒与结晶粒之间存在原子排布混乱的区域,其边界就是“晶粒边界”。
即使是同样的金属、合金,结晶粒也会因热处理等而根据原子的生长排列成特定的图案,形成不同于处理前的晶粒边界。随着结晶粒的粒度(结晶粒度)变化,机械性质也会发生变化。因此,根据热处理等而变化的材料结晶粒度是评估机械性质的重要因素。

基于结晶粒度分析的金属组织评估方法

通过分析金属组织的结晶粒度,可以检测并评估金属材料是否具有目标机械性质。一般会准备金属组织的样品,使用金相显微镜进行调查结晶粒度和结晶粒分布的“粒度分析”。

分析结晶粒度的标准分为许多种。例如在美国,按照ASTM E112-13“Standard Test Methods for Determining Average Grain Size”的标准实施。
多数情况下,结晶粒的分析通过“比较法”实施目视检测。一般根据以下方法推测或特定结晶粒度。

使用标准图的目视比较
通过目视比较显微镜放大的金属组织样品和“标准图”,推测结晶粒度的粒度编号。
钢的奥氏体结晶粒度标准图(100×)
粒度编号1
粒度编号1
粒度编号2
粒度编号2
粒度编号3
粒度编号3
粒度编号4
粒度编号4
粒度编号5
粒度编号5
粒度编号6
粒度编号6
粒度编号7
粒度编号7
粒度编号8
粒度编号8
使用光罩的目视比较
在金相显微镜上使用插入粒度图案图像的“目镜用光罩”,让放大后的样品和标准图同时进入视野,然后进行目视比较。
目视比较中使用的金相显微镜目镜用光罩
目视比较中使用的金相显微镜目镜用光罩
“粒度”和“粒径”是什么
表示结晶粒的大小时,除了“粒度”之外,有时也使用“粒径”。一般情况下,“粒度”用工业标准的标准图中的“粒度编号”来表示。而“粒径”则用结晶粒的直径来表示。
据说结晶粒的粒度越大(粒径越小),就越有可能是机械性质优异的金属材料。

结晶粒度分析中的课题

使用传统金相显微镜进行比较的粒度分析存在下述课题。

  • 因为使用标准图和光罩的粒度分析是目视比较,所以检测对熟练度有一定要求。此外,观测的人不同,分析结果也有所偏差,无法进行定量评估。
  • 在金相显微镜上安装相机时,只会保存金属组织的图像。因此会存在无法获取同时拍摄目镜用光罩图像的比较图像、无法记录用金属组织的哪个交点进行了比较和分析的问题。
  • 书面记录分析结果或者输入到计算机中需要花费人力和时间,同时也存在因输入错误而造成错误评估的风险。

基于结晶粒度测量的粒度分析定量化、高效化

解决使用传统金相显微镜进行粒度分析时的各种课题,不论检测人员熟练度如何均能轻松操作,能够正确分析、测量和定量评估结晶粒度的,正是基恩士超高精细4K数码显微系统“VHX系列”。

“VHX系列”采用高分辨率HR镜头、4K CMOS和特别设计的观察、测量系统。除了基于高分辨率4K图像的高精细放大图像之外,还浓缩了高精度2D/3D测量,以及自动计算符合工业标准的粒度编号的“结晶粒度测量”等金属组织粒度分析所需的功能,是一款先进的数码显微系统。
此外,通过多次在现场听取意见,还同时实现了能够直观操作的用户界面,以及不要求使用者熟练度的简单操作。

下面将介绍“VHX系列”在结晶粒度分析、测量、定量评估中的应用案例。

基于结晶粒度测量功能,符合工业标准的定量评估

4K数码显微系统“VHX系列”能够通过高分辨率的放大图像自动计算符合“ASTM E112-13”等工业标准的“粒度编号”。还可以从“交点数”和“补充结晶粒数”中选择适合金属材料的测量方法。

在目视比较中,当结晶粒的大小不是很确定应该属于哪个粒度编号时,评估结果会因人而异。
但是,“VHX系列”可以通过准确的测量定量导出粒度编号。

用4K数码显微系统“VHX系列”自动测量金属组织的结晶粒度
800×
800×

不易受到金属组织样品研磨状态的影响

在树脂包埋样品的研磨面存在塌角等观察面不平的情况下,传统显微镜受限于景深,只能进行局部对焦。
4K数码显微系统“VHX系列”配备了“实时深度合成”功能,即使是表面倾斜或凹凸不平的树脂包埋样品,也能快速获取对整个样品观察面全幅对焦的高分辨率图像。

用4K数码显微系统“VHX系列”测量金属组织的结晶粒度
普通
普通
深度合成
深度合成
基于深度合成的金属组织样品观察
基于深度合成的金属组织样品观察

可轻松获取大视野、高分辨率图像

过去,即使能以高倍率、高分辨率进行拍摄,但由于视野狭窄,很难分辨出是样品的哪一部分,导致作业效率低下。

4K数码显微系统“VHX系列”的“图像拼接功能”只需按下按钮即可自动控制载物台并连续拍摄。高速且图像无偏移地拼接视野,可实现最大50000 × 50000像素的图像拼接。倍率、分辨率保持不变,以鸟瞰图实现高效观察。

传统课题:分辨率虽高,但视野狭窄
传统课题:分辨率虽高,但视野狭窄
用4K数码显微系统“VHX系列”的图像拼接拍摄大视野图像
通过使用图像拼接功能自动控制载物台,可以在高倍率、高分辨率的状态下进行大范围拍摄
通过使用图像拼接功能自动控制载物台,可以在高倍率、高分辨率的状态下进行大范围拍摄

从金属组织观察到粒度分析,仅用1台设备即可完成

除了上文中介绍的功能外,超高精细4K数码显微系统“VHX系列”还配备了许多有助于观察、分析、检测金属材料的功能。
兼具多功能性与简单的操作性,不受金属表面特有的光反射影响的“消除光晕”功能,以及只需选择放大图像即可进行次微米级高精度测量的2D/3D测量等,颠覆了传统显微系统的概念。
此外,“VHX系列”还可以安装Excel,配备了在任意模板中自动输入放大图像和测量值等的“报告功能”。一系列的作业仅用1台显微系统即可快速轻松地完成,因此能够大幅提高作业效率。

如需了解“VHX系列”的详情,欢迎点击下列按钮,下载查阅产品目录或随时咨询。