Применимые образцы и цели
Процесс применим к качественной классификации и количественной оценке неметаллических включений в прокате, поковках и непрерывнолитых заготовках. Включения напрямую влияют на усталостную долговечность, изотропию свойств и качество поверхности; цель процесса — в нетравленом состоянии провести классификацию и оценку уровней включений классов A (сульфиды), B (оксиды алюминия), C (силикаты) и D (глобулярные оксиды) по стандартным эталонным диаграммам.
Полный процесс
Отбор и резка
Контролируемая поверхность обычно продольная (параллельно прокатке или ковке), через центр либо в представительном месте по стандарту на изделие; площадь полированной поверхности — около 200 мм² (например 20 мм × 10 мм). Отбор выполняют прецизионным отрезным станком с обильным охлаждением, чтобы тепло не изменило морфологию включений.
Запрессовка
Мелкие образцы запрессовывают для удобства удержания и наблюдения кромки; температура и давление запрессовки не должны деформировать образец или повреждать включения.
Шлифовка и полировка
Это ключевой этап оценки включений. SiC-бумагами шлифуют ступенчато от P240 не ниже P1200; алмазную полировку ведут от грубой к тонкой (9, 3, 1 мкм), в конце возможна короткая полировка 0.05 мкм коллоидным кремнезёмом. На всех этапах не допускайте выпадения включений с образованием лунок, затянутости и внедрения полировального агента; образец всё время остаётся нетравленым.
Проверка качества поверхности
До наблюдения проверьте полированную поверхность в светлом поле металлографического микроскопа: включения должны иметь полные контуры, без лунок выпадения и затянутости; при неудовлетворительном результате вернитесь к точной полировке.
Наблюдение в металлографическом микроскопе
При 100× систематически сканируют всю полированную поверхность. Светлое поле служит для различения типов и цвета включений; тёмное поле или поляризация помогают идентифицировать прозрачные оксиды (например Al₂O₃ светится в тёмном поле). Поле за полем сравнивают со стандартными диаграммами по методу наиболее неблагоприятного поля и фиксируют самый тяжёлый уровень каждого класса включений (тонкий/толстый ряд) либо по методу крайних значений фиксируют появление наиболее тяжёлых уровней.
Классификация и уровни
Классификацию выполняют по морфологии и признакам (см. таблицу ниже); каждый класс делят по ширине на тонкий и толстый ряды, уровни 0.5~3.0 с шагом 0.5. Сверхширокие включения и особые типы отмечают отдельно по приложениям стандарта.
Регистрация и отчёт
В отчёте указывают метод контроля, число полей, результаты по классам и уровням, типичные фотографии полей и места отбора.
Характерные признаки классов включений:
| Класс | Типичный состав | Морфология | Цвет в светлом поле |
|---|---|---|---|
| Класс A (сульфиды) | MnS | высокопластичные, вытянуты в полосы по направлению прокатки, с закруглёнными концами | светло-серый |
| Класс B (оксиды алюминия) | Al₂O₃ | хрупкие, после разрушения выстроены в прерывистые цепочки по направлению прокатки | чёрный с синеватым оттенком |
| Класс C (силикаты) | Силикаты | пластичные, вытянуты по направлению прокатки, с острыми концами | тёмно-серый до чёрного |
| Класс D (глобулярные оксиды) | Алюминаты кальция и др. | недеформируемые, круглые или почти круглые, изолированные | чёрный |
Ключевые контрольные точки
- Травление на всех этапах запрещено: оно растворяет или изменяет включения и делает оценку недостоверной.
- Полированная поверхность должна быть плоской, без рельефа: из-за большой разницы твёрдости сульфидов и основы легко возникает рельеф; финишную полировку ведите с малым давлением и коротко.
- Отбор всегда продольный, с обязательным указанием направления; поперечная поверхность искажает длину включений классов A/C.
- Путь сканирования должен покрыть всю контролируемую поверхность; поля проходите подряд, без пропусков и выбора удобных мест.
- Увеличение эталонных диаграмм фиксировано — 100×; при другом увеличении изображения размер поля необходимо пересчитать.
- Специалисты, выполняющие оценку, должны периодически сверяться по эталонным диаграммам для согласованных результатов.
Типичные отклонения и меры
- Лунки от выпавших включений ошибочно считают классом D: переполируйте; при большом числе лунок приготовьте образец заново.
- Затянутость растягивает цепочки класса B, и их принимают за класс A: снизьте давление полировки и расход смазки, проверьте по морфологии и цвету.
- Разногласия по границе тонкого и толстого рядов: измерьте ширину окуляр-микрометром и делите строго по границам стандарта.
- Расхождения между операторами больше пол-уровня: сверьте всех по эталонным диаграммам, увеличьте число полей и берите наиболее тяжёлый результат.
- Царапины загрязняют оценку: царапины в оценке не участвуют; переполируйте и оценивайте заново.
Ссылочные стандарты
- GB/T 10561 Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Микрографический метод с использованием стандартных диаграмм
- ASTM E45 Стандартные методы определения содержания включений в стали
- ISO 4967 Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Микрографический метод с использованием стандартных диаграмм
Выше приведён пример методики для обсуждения метода и технологической проработки, а не фактические данные заказчика; конкретный план контроля, места отбора и приёмочные пределы определяются по оценке образца и согласованным сторонами регламентам.
Учебные материалы MICROCRE · режим уточняйте по оценке образца и регламенту работ.