Analisi e valutazione della granulometria
Le strutture metalliche e le proprietà meccaniche di vari materiali metallici cambiano a causa del trattamento termico e di altri fattori. Per valutare correttamente i materiali, è necessaria un'analisi affidabile della granulometria in conformità con gli standard industriali.
Questa sezione presenta esempi di applicazione del microscopio digitale 4K di KEYENCE, che risolve i problemi di confronto visivo nell'analisi granulometrica tradizionale e calcola automaticamente i numeri di granulometria in conformità agli standard industriali.
- Proprietà meccaniche e granulometria dei materiali metallici
- Metodi di valutazione della struttura metallica attraverso l'analisi granulometrica
- Problemi nell'analisi granulometrica
- Quantificazione e ottimizzazione dell'analisi granulometrica con la misurazione delle dimensioni dei grani
- Una singola unità che completa un'ampia gamma di operazioni, dall'osservazione della struttura dei metalli all'analisi granulometrica
Proprietà meccaniche e granulometria dei materiali metallici
Oltre che nelle automobili, i materiali metallici sono comunemente utilizzati in un'ampia gamma di settori e prodotti, dalle infrastrutture agli edifici e ai dispositivi elettrici/elettronici. Anche i tipi di materiali variano notevolmente e occorre scegliere quelli appropriati in base all'applicazione e allo scopo. Ad esempio, le proprietà meccaniche richieste per i materiali metallici delle carrozzerie delle automobili differiscono notevolmente da quelle dei materiali utilizzati nei componenti del motore. Oltre ai tipi di materiali metallici, come i metalli puri, come il ferro e l'alluminio, è importante anche comprendere le strutture dei metalli e le proprietà meccaniche che cambiano a causa del trattamento termico e di altri fattori.
Le strutture metalliche sono corpi policristallini con strutture cristalline composte da molti grani. Tra i grani, c'è un'area con una disposizione atomica distorta, il cui confine è chiamato bordo dei grani.
Anche se i metalli e le leghe sono uguali, i loro grani sono disposti in un modello specifico dal calore o da altri trattamenti quando i loro atomi crescono, con conseguente formazione di un bordo del grano diverso rispetto a prima del trattamento. Al variare della granulometria, cambiano anche le proprietà meccaniche. Pertanto, le granulometrie del materiale modificate dal calore e da altri trattamenti sono un fattore importante nella valutazione delle proprietà meccaniche.
Metodi di valutazione della struttura metallica attraverso l'analisi granulometrica
Analizzando la granulometria di una struttura metallica, è possibile ispezionare e valutare se il materiale metallico ha le proprietà meccaniche desiderate. In generale, per questa valutazione è necessaria l'analisi granulometrica, in cui si prepara un campione di struttura metallica per studiare la dimensione e la distribuzione dei grani utilizzando un microscopio metallurgico.
Esistono diversi standard di analisi granulometrica. Ad esempio, negli Stati Uniti, l'analisi viene effettuata in conformità con la norma ASTM E112-13: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size (Metodi di prova standard per la determinazione della granulometria media).
In molti casi, le granulometrie vengono analizzate attraverso l'ispezione visiva con un metodo comparativo. In generale, le granulometrie vengono stimate o identificate utilizzando i seguenti metodi.
- Confronto visivo mediante diagrammi standard
- L'operatore stima il numero di grani confrontando visivamente il campione di struttura metallica ingrandito con un microscopio con il diagramma standard.
- Confronto visivo mediante tabelle granulometriche
- Una tabella granulometrica per una lente oculare, in cui è inserita un'immagine del modello granulometrico, viene utilizzato con un microscopio metallurgico per consentire l'ispezione visiva con il campione ingrandito e il diagramma standard nel campo visivo.
- Dimensione e diametro dei grani
- Oltre alla granulometria, anche il diametro del grano viene talvolta utilizzato per esprimerne la dimensione. In genere, la granulometria viene espressa con un numero di granulometria in un diagramma standard conforme agli standard industriali. D'altra parte, il diametro del grano è espresso con valori del diametro.
In molti casi, si dice che maggiore è il numero di grani (minore è il diametro dei grani), migliori sono le proprietà meccaniche del materiale metallico.
Problemi nell'analisi granulometrica
L'analisi granulometrica con un metodo comparativo che utilizza un microscopio metallurgico tradizionale presenta i seguenti problemi.
- Le analisi granulometriche che utilizzano diagrammi standard o tabelle granulometriche vengono eseguite attraverso un confronto visivo, pertanto queste ispezioni richiedono un certo livello di competenza. Inoltre, le variazioni dei risultati delle analisi tra i diversi operatori impediscono una valutazione quantitativa.
- Se una telecamera è montata su un microscopio metallurgico, viene salvata solo l'immagine della struttura metallica. Questo comporta, ad esempio, i seguenti problemi: non è possibile ottenere un'immagine di confronto in cui sia stata acquisita anche una tabella granulometrica per una lente oculare e non viene registrata l'intersezione della struttura metallica in cui sono stati eseguiti il confronto e l'analisi.
- L'inserimento manuale dei risultati delle analisi su carta o su PC richiede tempo e risorse; inoltre, tali operazioni comportano il rischio di valutazioni errate dovute a un'immissione errata.
Quantificazione e ottimizzazione dell'analisi granulometrica con la misurazione delle dimensioni dei grani
Il microscopio digitale 4K ad altissima definizione della Serie VHX di KEYENCE risolve diversi problemi di analisi granulometrica con i microscopi metallurgici tradizionali e consente un'analisi, una misurazione e una valutazione quantitativa accurate della granulometria con un funzionamento semplice, indipendentemente dal livello di competenza dell'ispettore.
La Serie VHX è dotata di un obiettivo ad alta risoluzione, di un CMOS 4K e di sistemi di osservazione e misurazione appositamente progettati. La Serie VHX non solo fornisce agli operatori immagini ingrandite ad alta definizione con immagini 4K ad alta risoluzione, ma questo microscopio digitale all'avanguardia offre anche funzioni complete necessarie per l'analisi della granulometria della struttura metallica. Ad esempio, sono disponibili misure 2D e 3D altamente accurate e la misurazione della granulometria (che calcola automaticamente i numeri di granulometria in conformità agli standard industriali) per analisi dettagliate.
Inoltre, i risultati di ripetuti colloqui in loco con i clienti hanno evidenziato un'interfaccia operatore intuitiva e operazioni semplici da realizzare, che non dipendono dal livello di competenza dell’operatore.
Questa sezione presenta alcuni esempi di utilizzo della Serie VHX per l'analisi, la misurazione e la valutazione quantitativa della granulometria.
Valutazione quantitativa conforme agli standard industriali grazie alla funzione di misurazione granulometrica
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX è in grado di calcolare automaticamente i numeri di granulometria conformi agli standard industriali come ASTM E1382 sulla base di immagini ingrandite ad alta risoluzione. È inoltre possibile selezionare un metodo di misurazione adatto a un materiale metallico dal conteggio delle intersezioni e dal conteggio supplementare dei grani.
Nel confronto visivo, se non è chiaro a quale dimensione del numero di grani corrisponde un grano, i risultati della valutazione possono variare tra i diversi operatori.
Con la Serie VHX, tuttavia, è possibile ricavare un numero di granulometria in modo quantitativo attraverso una misurazione accurata.
Meno influenzata dallo stato di lucidatura di campioni di struttura metallica
Se la superficie di osservazione di un campione non è piana (come nel caso di una superficie irregolare e lucida di un campione inglobato in resina), un microscopio tradizionale può mettere a fuoco solo una parte dell'obiettivo a causa dei limiti della profondità di campo.
Con il microscopio digitale 4K della Serie VHX, la composizione della profondità in tempo reale consente di ottenere istantaneamente immagini ad alta risoluzione in cui l'intera superficie di osservazione del campione è completamente a fuoco, anche nel caso di un campione inglobato nella resina con una superficie inclinata o irregolare.
Consente di acquisire facilmente immagini ad ampio campo e ad alta risoluzione
Anche con un microscopio tradizionale è possibile acquisire immagini ad alto ingrandimento e ad alta risoluzione, ma solo con un campo visivo ristretto. In questo modo è difficile capire quale parte di un campione è rappresentata dalle immagini catturate, il che riduce l'efficienza del lavoro.
La funzione di stitching delle immagini del microscopio digitale 4K della Serie VHX acquisisce continuamente immagini, con il piatto sotto controllo automatico, semplicemente premendo un pulsante. I dati delle immagini provenienti da campi visivi diversi possono essere combinati rapidamente, senza alcun disallineamento, per fornire un'immagine con un massimo di 50000 x 50000 pixel. Con l'ingrandimento e la risoluzione invariati, questa immagine può essere utilizzata come vista dall'alto per consentire un'osservazione efficiente.
Una singola unità che completa un'ampia gamma di operazioni, dall'osservazione della struttura dei metalli all'analisi granulometrica
Oltre alle funzioni qui presentate, il microscopio digitale 4K ad altissima definizione della Serie VHX è dotato di molte altre funzioni utili per l'osservazione, l'analisi e l'ispezione dei materiali metallici.
La Serie VHX consente una facile operatività e offre una multifunzionalità che stravolge i concetti dei microscopi tradizionali. Esempi di questa operatività e multifunzionalità sono la funzione di rimozione dei bagliori che non è soggetta alla riflessione della luce specifica della superficie metallica e le misurazioni 2D e 3D a meno di un micron e altamente precise che gli operatori possono eseguire semplicemente selezionando un'immagine ingrandita.
Inoltre, sulla Serie VHX è possibile installare anche Excel. La funzione di reportistica della Serie VHX inserisce automaticamente contenuti come immagini ingrandite e valori misurati in un modello desiderato. Con un solo microscopio che svolge una serie di compiti in modo rapido e semplice, è possibile migliorare notevolmente l'efficienza del lavoro.
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