Metaalstructuren en mechanische eigenschappen van verschillende metaalhoudende materialen veranderen door warmtebehandeling en andere factoren. Om materialen goed te kunnen beoordelen, is een betrouwbare analyse van de korrelgrootte in overeenstemming met de industriële normen nodig.
In dit gedeelte worden toepassingenvoorbeelden van de 4K digitale microscoop van KEYENCE beschreven, waarmee problemen tijdens de visuele vergelijking bij de gebruikelijke analyse voor korrelgroottes worden opgelost en het aantal korrelgroottes conform de industriële normen automatisch wordt berekend.

Industriële normen voor en kwantitatieve evaluatie van de analyse van de korrelgrootte van metaalstructuren

Mechanische eigenschappen en korrelgroottes van metaalhoudende materialen

Behalve in auto's worden metaalhoudende materialen algemeen gebruikt in een breed scala aan sectoren en producten, van infrastructuurvoorzieningen tot gebouwen en elektrische/elektronische apparaten. Ook de soorten variëren sterk en u moet de geschikte materialen kiezen al naargelang uw toepassing en waar u ze voor gaat gebruiken. Aan de metalen voor bijvoorbeeld carrosserie- en motoronderdelen voor auto's worden verschillende mechanische eigenschappen voor de metaalhoudende materialen gesteld en die verschillen zijn aanzienlijk. Naast de soorten metaalhoudende materialen, zoals zuivere metalen, bijvoorbeeld ijzer, aluminium legeringen, is het ook belangrijk om op de hoogte te zijn van de metaalstructuren en de mechanische eigenschappen die veranderen door warmtebehandeling en andere factoren.

Metaalstructuren zijn lichamen van polykristallijn die uit grote aantallen korrels bestaan. Tussen de korrels is er een gebied met een vervormde atoomrangschikking, waarvan de grens een korrelgrens wordt genoemd.
Zelfs bij dezelfde metalen en legeringen worden de korrels door warmte of een andere behandeling in een specifiek patroon gerangschikt naarmate hun atomen groeien, waardoor er een andere korrelgrensvorming ontstaat dan vóór de behandeling. Wanneer de korrelgrootte verandert, veranderen ook de mechanische eigenschappen. Daarom zijn de korrelgroottes van materiaal die veranderen door warmte en andere factoren, een belangrijke factor bij de evaluatie van de mechanische eigenschappen.

Methoden voor het evalueren van metaalstructuren door middel van de analyse van korrelgroottes

Door de korrelgrootte van een metaalstructuur te analyseren, kunt u inspecteren en evalueren of het metaalmateriaal de gewenste mechanische eigenschappen heeft. Doorgaans wordt de analyse van de korrelgrootte uitgevoerd met een geprepareerd monster van de metaalstructuur om de korrelgrootte en de verdeling van de korrels met behulp van een metallurgische microscoop te onderzoeken.

Er zijn verschillende normen voor het analyseren van de korrelgrootte. In bijvoorbeeld de Verenigde Staten wordt de analyse uitgevoerd conform ASTM E112-13: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size.
In veel gevallen worden de korrelgroottes geanalyseerd middels een visuele inspectie via een vergelijkende methode. Doorgaans worden korrelgroottes aan de hand van de volgende methoden geschat of geïdentificeerd.

Visuele vergelijking via standaardschema's
De operator schat het korrelgroottegetal door het met een onder een microscoop vergroot monster van de metaalstructuur visueel te vergelijken met het standaardschema.
Standaardschema met de korrelgrootte voor austeniet van staal (100×)
Korrelgroottegetal 1
Korrelgroottegetal 1
Korrelgroottegetal 2
Korrelgroottegetal 2
Korrelgroottegetal 3
Korrelgroottegetal 3
Korrelgroottegetal 4
Korrelgroottegetal 4
Korrelgroottegetal 5
Korrelgroottegetal 5
Korrelgroottegetal 6
Korrelgroottegetal 6
Korrelgroottegetal 7
Korrelgroottegetal 7
Korrelgroottegetal 8
Korrelgroottegetal 8
Visuele vergelijking via korrelgroottegrafieken
Een korrelgroottegrafiek voor een oculairlens, waarin een beeld van het korrelgroottepatroon is ingevoegd, wordt gebruikt bij een metallurgische microscoop om visuele inspectie mogelijk te maken met zowel het vergrote monster als het standaardschema in het zichtveld.
De grafiek met de korrelgroottes voor een oculairlens van een metallurgische microscoop, gebruikt bij visuele vergelijkingen
De grafiek met de korrelgroottes voor een oculairlens van een metallurgische microscoop, gebruikt bij visuele vergelijkingen
Grootte en diameter van korrels
De grootte van een korrel wordt niet alleen met de korrelgrootte maar soms ook met de korreldiameter aangegeven. Over het algemeen wordt de korrelgrootte aangegeven met een korrelgroottegetal in een standaarddiagram dat voldoet aan de industriële normen. Anderzijds wordt de korreldiameter aangegeven met de diameter van de korrel.
In veel gevallen wordt gezegd dat hoe groter het getal van de korrelgrootte (hoe kleiner de korreldiameter) is, des te beter de mechanische eigenschappen van het metaalmateriaal.

Problemen bij de analyse van korrelgroottes

Bij de analyse van de korrelgrootte door middel van een vergelijkende methode doen zich de volgende problemen voor.

  • Analyses van de korrelgroottes aan de hand van standaardschema's of korrelgroottegrafieken worden uitgevoerd via een visuele vergelijking, zodat voor deze inspecties een bepaalde vaardigheid nodig is. Ook verschillen in de analyseresultaten van meerdere operators beletten een kwantitatieve evaluatie.
  • Als een camera is bevestigd aan een metallurgische microscoop, wordt alleen het beeld van de metaalstructuur opgeslagen. Dit veroorzaakt bijvoorbeeld de volgende problemen: er kan geen vergelijkingsbeeld worden verkregen waarin ook een korrelgroottegrafiek voor een oculairlens is vastgelegd, en het snijpunt van de metaalstructuur waar de vergelijking en de analyse werden uitgevoerd, niet is opgenomen.
  • Het kost tijd en moeite om analyseresultaten handmatig op papier of met een computer in te voeren en dergelijke handelingen brengen ook het risico mee van een onjuiste evaluatie als gevolg van verkeerde invoer.

Kwantificeren en stroomlijnen van de analyse van korrelgroottes bij het meten van korrelgroottes

De ultra-high-definition 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE lost diverse problemen op bij het analyseren van de korrelgrootte en maakt ongeacht het vaardigheidsniveau van de controleur nauwkeurige analyses, metingen en kwantitatieve evaluaties van de korrelgrootte mogelijk met eenvoudige bediening.

De VHX-reeks heeft een lens met hoge resolutie, 4K CMOS en specifiek ontworpen waarnemings- en meetsystemen. Niet alleen krijgen gebruikers met de VHX-reeks vergrote 4K-beelden met hoge resolutie, maar deze ultramoderne digitale microscoop heeft ook uitgebreide functies die nodig zijn voor het analyseren van de korrelgrootte van metaalstructuren, waaronder uiterst nauwkeurige 2D- en 3D-metingen en metingen van de korrelgrootte (waarbij automatisch de korrelgroottegetallen conform de industriële normen worden berekend).
Daarnaast zijn de resultaten van terugkerende gesprekken ter plaatse een intuïtieve gebruikersinterface en gemakkelijke bedieningen geweest, die niet afhankelijk zijn van het vaardigheidsniveau van de gebruiker.

In dit gedeelte worden voorbeelden gegeven van het gebruik van de VHX-reeks voor analyses, metingen en kwantitatieve evaluaties van korrelgroottes.

Kwantitatieve evaluatie conform de industriële normen met behulp van de functie voor het meten van korrelgroottes

Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kunnen op basis van vergrote beelden met hoge resolutie automatisch korrelgroottegetallen conform de industriële normen zoals ASTM E112-13 worden berekend. Ook kan er uit het aantal snijpunten en de aanvullende korreltelling een meetmethode worden gekozen die geschikt is voor metaalhoudende materialen.

Als het bij een visuele vergelijking niet duidelijk is met welke korrelgrootte een korrel overeenkomt, kunnen de evaluatieresultaten van meerdere operators verschillen.
Met de VHX-reeks kan echter door nauwkeurig te meten een korrelgroottegetal kwantitatief worden afgeleid.

Automatisch meten van de korrelgrootte van metaalstructuren met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks
800×
800×

Minder beïnvloed door de gepolijste staat van een monster van de metaalstructuur

Als het waarnemingsoppervlak van een monster niet vlak is (zoals een onregelmatig gepolijst oppervlak van een in hars ingebed monster), is het door de beperkingen van de scherptediepte slechts mogelijk een deel van het doel in beeld te brengen.
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks en de real-time dieptesamenstelling is het mogelijk direct beelden met hoge resolutie te maken waarin het gehele waarnemingsoppervlak haarscherp in beeld wordt gebracht, zelfs bij een in hars ingebed monster met een gekanteld of een oneffen oppervlak.

Meting van de korrelgrootte van metaalstructuren met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks
Normaal
Zonder dieptecompositie
Dieptecompositie
Dieptecompositie
Waarneming van monster van metaalstructuren via dieptecompositie
Waarneming van monster van metaalstructuren via dieptecompositie

Inschakelen van gemakkelijke vorming van breedveldbeelden en beelden met hoge resolutie

Met de functie van de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks voor beeldkoppeling worden voortdurend beelden verworven waarbij de objecttafel met niet meer dan een druk op een knop automatisch kan worden bediend. Beeldgegevens uit verschillende zichtvelden kunnen snel en zonder foutieve uitlijning aan elkaar worden gekoppeld, waarmee u een beeld krijgt van wel 50.000 × 50.000 pixels. Met ongewijzigde vergroting en resolutie kan dit beeld worden gebruikt als perspectief vanuit vogelvlucht om efficiënt te kunnen waarnemen.

Gebruikelijk probleem: zichtveld met hoge resolutie maar smal
Zichtveld met hoge resolutie maar smal
Breedveldbeeld via beeldkoppeling met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks
Met de functie voor beeldkoppeling kan de objecttafel automatisch worden bediend waardoor er met behoud van een sterke vergroting en een hoge resolutie een groot gebied kan worden vastgelegd.
Met de functie voor beeldkoppeling kan de objecttafel automatisch worden bediend waardoor er met behoud van een sterke vergroting en een hoge resolutie een groot gebied kan worden vastgelegd.

Eén enkel apparaat voor het uitvoeren van een breed scala aan bewerkingen, van de waarneming van metaalstructuren tot het analysen van korrelgroottes

Naast de hier genoemde functies is de ultra-high-definition 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks voorzien van een groot aantal andere nuttige functies voor waarneming, analyse en inspectie van metaalhoudende materialen.
De VHX-reeks is gemakkelijk te bedienen en multifunctioneel, met bijvoorbeeld een functie voor glansverwijdering die niet gevoelig is voor het weerkaatsen van licht vanaf metalen oppervlakken, en nauwkeurige 2D- en 3D-metingen op submicrongrootte die gebruikers kunnen uitvoeren door eenvoudig een vergroot beeld te selecteren.
Excel kan worden geïnstalleerd op de microscopen uit de VHX-reeks. Met de rapportfunctie van de VHX-reeks kan gemakkelijk content, zoals vergrote beelden en meetwaarden, in een sjabloon naar keuze worden ingevoerd. Dankzij één enkele microscoop waarmee snel en heel eenvoudig een reeks taken kunnen worden uitgevoerd, kunt u veel efficiënter uw werk gaan doen.

Klik voor meer informatie over de VHX-reeks op de onderstaande knop om de catalogus te downloaden. Klik voor vragen op de andere onderstaande knop of neem contact op met KEYENCE.