강의 개재물 및 결정립 크기 측정

기존 등급 평가와 새로운 측정

품질 관리 및 규격 준수를 위한 미세조직 등급 평가는 역사적으로 시야를 표준 차트와 비교하여 수행했습니다. 결정립 크기는 ASTM E112의 차트와 비교하여 판독하고 개재물 함량은 ASTM E45의 차트와 비교하여 판독했으며, 둘 다 빠르고 구매자와 판매자 간에 합의되기 때문에 여전히 사용됩니다. 그 이후 변화한 것은 면적 분율, 단위 면적당 개수, 평균 선형 절편 및 단위 부피당 계면 면적과 같은 수치로 조직을 설명하는 입체조직학적 측정과, 작업자가 수집할 수 있는 것보다 훨씬 빠르게 이러한 수치를 수집하는 자동 이미지 분석의 도래입니다.

두 접근법은 약간 다른 질문에 답하며, 두 번째 접근법은 첫 번째에 없는 속성을 가지고 있습니다. 차트 비교는 고정된 척도에서 값을 반환하므로 두 명의 신중한 작업자가 동일한 등급으로 수렴하는 경향이 있습니다. 입체조직학적 측정은 실수를 반환하며, 그 수치의 값은 기기가 어떻게 설정되었는지에 따라 달라집니다. 자동화는 수동 작업에서 실제 오류 원인인 작업자 피로를 제거하고, 의도적으로 제어해야 하는 일련의 설정 결정으로 대체합니다. 이 페이지의 나머지 부분은 이러한 결정에 관한 것입니다.

임계값 설정이 가장 큰 오류 원인

자동 분석기는 회색 레벨로 특징을 검출합니다. 작업자가 임계값을 설정하면 그 임계값보다 어둡거나 밝은 모든 것이 관심 상으로 계산됩니다. 임계값에 의한 검출은 원본 자료에서 전체 절차에서 가장 중요한 기기 오류로 설명되며, 작업자 간 또는 동일 작업자의 이틀 간 재현성은 주로 임계값 설정에 사용된 절차가 변경되기 때문에 저하됩니다.

공개된 예제는 4 % 피크랄로 에칭한 저탄소강으로, 존재하는 상은 페라이트와 펄라이트이며, 임계값만 변경하여 동일한 시야를 세 번 검출했습니다. 그 결과는 단일 수치를 강의 특성으로 절대 간주해서는 안 되는 이유이므로 기억해 둘 가치가 있습니다.

4 % 피크랄로 에칭한 저탄소강의 한 시야를 임계값만 변경하여 세 번 검출. 출처, Figure 4 of 이미지 분석, ASM Handbook, Volume 10.

그 예제에서 두 가지 세부 사항은 실용적입니다. 피크랄은 이러한 종류의 측정에 더 정확한 에칭액인데, 페라이트 결정립계를 공격하지 않아 그렇지 않으면 펄라이트와 함께 검출될 수 있기 때문이며, 나이탈보다 펄라이트를 더 균일하게 어둡게 하기 때문입니다. 그리고 일반적인 이미지의 회색 레벨 범위는 64에서 100 사이의 증분으로 나뉘므로, 작업자는 실시간 이미지만을 피드백으로 사용하여 100단계 중 한 단계를 선택합니다. 표준 요령은 실시간 이미지와 검출된 이미지를 번갈아 보면서 크기가 얼마나 잘 일치하는지 관찰하는 것이며, 이것이 최종 수치에서는 보이지 않는 오류를 볼 수 있는 유일한 방법입니다.

배율이 결과를 바꿉니다

두 번째 변수는 대물렌즈입니다. 동일한 시편을 더 높은 배율로 측정하면 일반적으로 더 나은 결과를 얻는다고 가정하지만, 결정립 크기에서는 프레임이 올바르게 처리되지 않으면 반대가 사실입니다. 공개된 예제에서 약 ASTM 5.2의 시편을 측정 프레임 가장자리와 교차하는 결정립을 삭제하지 않고 세 가지 배율로 측정했습니다. 절편 길이가 감소하고 보고된 결정립 크기 번호가 상승했는데, 각 시야에서 더 많은 비율의 결정립이 프레임에 의해 절단되어 짧게 측정되었기 때문입니다.

여러 배율에서 자동 이미지 분석으로 측정한 두 시편. 출처, the grain size examples in 이미지 분석, ASM Handbook, Volume 10.

이 효과는 가장자리 오류에만 국한되지 않습니다. 중탄소 열연강에서 측정된 초석 페라이트의 부피 분율은 배율이 높아짐에 따라 상승했는데, 더 높은 분해능에서 펄라이트 내부의 페라이트 라멜라가 분해되어 함께 계산되었기 때문입니다. 그 실험에서 최상의 측정은 16배 대물렌즈에서 나왔으며, 이는 사용 가능한 가장 미세한 것이 아니고 수치만으로는 명확하지 않습니다. 반대 방향으로 작용하는 단순한 샘플링 논거도 있습니다. 500배에서의 시야 면적은 100배에서의 면적의 25분의 1이므로, 동일한 시편 면적은 25배 많은 시야를 요구하며, 입자 크기 범위가 넓거나 이중 모달인 시편은 단일 배율로 제대로 측정할 수 없습니다.

에칭 시간도 결과를 바꿉니다

에칭은 사양이 일반적으로 시약을 명시하는 데서 멈추는 부분이며, 게재된 예시는 시간이 왜 그 일부가 되어야 하는지를 보여줍니다. 저탄소 판재 강을 배향 민감성 에칭제인 2 % 나이탈로 에칭하고 여러 에칭 시간 후에 측정했습니다. 몇 초 후 평균 선형 절편은 약 66 μm로 나타났으며, 이는 ASTM 결정립도 4.5입니다. 약 20초 에칭 후 동일 시편은 약 17 μm를 나타냈으며, 이는 ASTM 8.5입니다. 두 수치는 동일 작업자가 동일 기기에서 동일 강재 조각으로 산출한 것이며, 네 개의 결정립도 번호만큼 차이가 납니다.

약 20초를 넘으면 결과가 안정되고 재현 가능해졌으므로, 규칙은 조직이 좋아 보일 때까지 에칭한 후 중단하는 것이 아니라 제어된 종료점까지 에칭한 후 측정하는 것입니다. 나이탈로 과도하게 에칭하는 것은 특히 피해야 하는데, 생성되는 에칭 요철이 표면을 불균일하게 반사시켜 대비를 개선하기는커녕 측정을 손상시키기 때문입니다. 공구강의 경우 조직이 미세한 모든 측정에 동일한 논리가 적용되며, 에칭 창이 좁은 경화 조직에서는 더욱 강하게 적용됩니다.

시야가 얼마나 충분한가

개재물 측정에는 결정립도에는 없는 통계적 문제가 있는데, 이는 측정 대상의 양이 적고 그 분포가 균일하지 않기 때문입니다. 예시로 사용된 재황화 강에서 50개 이상의 시야에 걸쳐 측정한 개재물 부피 분율은 약 0.5~0.7 % 사이에 머물렀습니다. 10개 이하의 시야에서는 산포가 상당했습니다. 동일한 데이터를 시야 수가 아닌 검사한 총 면적에 대해 다시 도시했을 때 관계가 사용 가능해졌으며, 그 예시에서는 10 % 상대 정확도에 도달하기 위해 약 10 mm²의 연마 표면을 측정해야 했습니다.

마지막 수치가 기억해야 할 것입니다. 10퍼센트 상대 정확도는 이러한 종류의 작업에 대한 실무 최소값으로 설명되며, 이를 달성하는 데 필요한 면적은 구성상이 얼마나 존재하고 얼마나 균일하게 분포하는지에 따라 달라지므로, 더 깨끗한 강은 동일한 신뢰도를 위해 더 큰 면적이 필요합니다. 부피 기준 1퍼센트 미만의 측정은 특히 심각한 경우로 지적됩니다. 검사 면적이나 시야 수 없이 인용된 청정도 수치는 확인하거나 비교할 수 없는 수치이며, 이것이 개재물 보고서에서 가장 흔한 결함입니다.

준비가 수치의 실재성을 결정합니다

시편 준비는 두 원본 기사 모두에서 가장 자주 결정적이고 가장 자주 간과되는 요인으로 설명됩니다. 개재물은 에칭하지 않은 표면에서 측정하는데, 검출이 더 신뢰할 수 있기 때문이며, 절단 휠로 인한 연삭 손상은 일반적인 시편에서 표면 아래 약 1 mm까지 확장되므로 계산 전에 연삭 및 연마로 제거해야 합니다. 연마 손상은 고유한 특징이 있으며, 제대로 연마되지 않은 경질 입자에서 발생하는 혜성 꼬리는 공구강의 전형적인 인공물입니다. 자동 연마가 사용되는 경우는 시료 부피가 너무 커서 일관된 품질로 수작업할 수 없기 때문이며, 수동 연마가 부정확하기 때문이 아닙니다.

두 가지 추가 효과를 알아둘 가치가 있습니다. 측정 프레임 가장자리를 교차하는 특징은 짧게 측정되므로, 삭제하고 측정 면적을 나중에 보정하거나 네 경계 중 두 개와 교차할 때만 측정합니다. 그리고 환경은 생각보다 더 중요합니다. 개재물 계수 중 시편에 먼지가 쌓이거나 습기가 얼룩을 남기면 실제 특징처럼 보이는 오류가 발생하기 때문입니다. 고배율의 경화 공구강에서는 피사계 심도에도 동일한 주의가 적용되는데, 고배율에서 자동 초점은 초점이 맞지 않는 시야가 눈에 띄지 않고 통과하는 지점이기 때문입니다.

금속 조직 실험실의 각 장비가 제공하는 것. ASM Handbook Volume 10의 두 원문 기사에서 편집함.

공구강 주문에 있어 이것이 의미하는 바

구매 주문서에 개재물 요구 사항이나 결정립 크기 요구 사항이 포함된 경우, 규격에서 유용한 부분은 숫자가 아니라 방법입니다. 평가는 표준이 규정하므로 조항의 ASTM E45 또는 ASTM E112가 중요하며, 보고서에는 배율, 시야 수 또는 검사 면적, 에칭액 및 에칭 시간, 그리고 이물질이 연마면 또는 에칭면에서 측정되었는지 여부가 포함되어야 합니다. 이것들이 있으면 두 실험실을 비교할 수 있습니다. 이것들이 없으면 강이 깨끗하다는 보고서는 의견 진술에 불과합니다.

개재물 함량은 성능에 직접 영향을 미치므로 구매자가 이를 문의하는 것입니다. 개재물은 연성 저하의 원인이 되며, 피로 균열과 파괴가 시작되는 지점으로 지목되고, 그 크기와 분포는 미세 조직이 나타나기 시작하기 전까지 공구강 표면을 얼마나 연마할 수 있는지를 제한합니다. 그래서 더 깨끗한 강은 더 깨끗한 용해 경로를 통해 구매되며, 이 문제의 재용해 측면은 다음에 설명되어 있습니다 ESR 공구강. 입고 검증에 관한 당사의 관행은 다음에 설명되어 있습니다 공구강 품질을 관리하는 방법, 표면 조도 결과는 다음에서 다룹니다 플라스틱 금형강의 연마 및 텍스처링, 동일 주제의 탄화물 측면은 다음에 있습니다 고속도강의 탄화물 분포, 그리고 압연이 봉재에 남길 수 있는 결함은 다음에 정리되어 있습니다 강봉 결함. 결정립 크기 번호와 그에 해당하는 직경은 다음에 표로 정리되어 있습니다 공구강용 ASTM 결정립도 차트, 연마성이 구매 이유인 금형 등급은 다음에 모아져 있습니다 플라스틱 금형강. 요구 사항을 여전히 등급에 맞춰야 하는 경우, 공구강 재질 찾기 및 문의 페이지 이 두 곳에서 시작하는 것이 좋습니다.

출처: ASM Handbook, Volume 10, Materials Characterization, ASM International, 1986.