Kvantitativna metalografija ledeburitnih orodnih jekel DK: 620.18:669.14.018.25 ASM/SLA: M21c; TSh Jože Rodič V okviru obsežnega raziskovalnega projekta Železarne Ravne na področju ledeburitnih orodnih jekel je s posebno pozornostjo obravnavana kvantitativna metalografija teh jekel. Omenjeni projekt obsega v prvi fazi predvsem razvoj metodike raziskav in kvantitativno analiziranje vplivov kemijske sestave, pogojev izdelave in predelave ter toplotne obdelave na karakteristične lastnosti visokolegiranih orodnih jekel lede-b ur i t ne ga t i pa'35. Kvantitativna metalografija ima prav pri takem raziskovalnem programu zelo pomembno mesto, predstavlja pa za nas novo področje preiskav. Iz objavljenih del in tudi iz skromnih lastnih izkušenj vemo, da današnjih možnosti kvantitativne metalografije še zdaleč ne izkoriščamo in tudi njene vloge pri raziskovalno razvojnem delu ne upoštevamo dovolj. Nasprotno pa zopet od kvantitativne metalografije včasih preveč pričakujemo in se s prevelikim zaupanjem predajamo rezultatom avtomatiziranih meritev. Spoznati moramo številne nevarnosti grobih napak, če želimo od teh preiskav res pridobiti to, kar nam lahko nudijo. železarna Ravne na Koroškem v kratkem pričakuje opremo za kvantitativno metalografijo, zato je za slovenske železarne ta tematika prav posebno zanimiva. Zaradi teh ugotovitev so v članku zbrane in dokaj podrobno obravnavane vse razpoložljive informacije iz literature. Paralelno z drugimi raziskovalnimi metodami smo skušali objektivno ugotoviti današnje možnosti kvantitativne metalografije in s praktičnimi izkušnjami ugotoviti vlogo ter uporabnost takih preiskav pri raziskovanju lastnosti ledeburitnih orodnih jekel. V tem članku se omejujemo na pregled publiciranih del, s čimer je podan kratek pregled razvoja kvantitativne metalografije in kritična ocena problematike na današnji stopnji razvoja. V nadaljevanju tega članka bodo podani še rezultati lastnih meritev in kritična zapažanja na osnovi izkušenj, pridobljenih s preiskavami v letu 1974. Te preiskave sta nam v okviru sodelovanja Železarne Ravne z Max Planck inštitutom v Diissel-dorfu omogočila pokojni prof. A. Rose in dr. H. P. Hougardy na njihovih aparaturah. Za sodelovanje in cenjeno pomoč se jim avtor v imenu Železarne Ravne ob tej priliki najlepše zahvaljuje. Jože Rodič je diplomirani inženir metalurgije in vodja službe za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave v Železarni Ravne. UVOD Jekla večinoma klasificiramo po lastnostih, ki so odvisne od njihove mikrostrukture, t. j. tipa, stanja, količine, oblike in prostorske porazdelitve različnih faz. Zato je pazljivo ikarakteriziranje mikrostruktur zelo pomembno v kontroli kakovosti in v razvoju jekel. Pri vseh delih, ki obravnavajo uporabne lastnosti brzoreznih in ledeburitnih orodnih jekel, najdemo povezovanje teh s pomembnimi vplivi stopnje enakomernosti porazdelitve karbidov, z vplivi trakavosti karbidov, ostankov ledeburitne mreže ter z vplivi količine karbidov itn velikosti karbid-nih zrnc. Znatne so razlike med vzdolžno in prečno smerjo glede na usmerjenost deformacij pri vroči predelavi. Z razlikami v količini karbidov in z njihovo razporeditvijo ne povezujejo samo odpornosti proti obrabi ali obstojnosti orodij, ampak tudi mehanske lastnosti pri upogibnem in torzij-skem poizkusu ter mnoge druge tehnološke in fizikalne karakteristike. Kvantitativnih vrednosti o velikosti teh vplivov, posebno o vplivu neenako-mernosti porazdelitve karbidov, pa v literaturi skoraj ne najdemo. Nekaj več vemo o vplivu prisotnosti grobih karbidov v defektnih strukturah brzoreznih jekel130.131. Do nedavnega je bilo namreč za tako ugotavljanje in kvantitativno izražanje zelo malo možnosti in še te so bile omejene na uporabo primerjalnih tabel, na določanje poprečne količine karbidov s pomočjo elektronke mione izolacije in na različne načine meritev velikosti ikarbidnih zrn. Tako se danes še vedno vprašujemo: Kako delujejo karbidi vloženi v trdo osnovo? Kakšne količine, kakšne velikosti in kakšne porazdelitve karbidov so optimalne in kakšne so škodljive? Kako so odgovori na ta vprašanja povezani z vrsto orodja in njegovo uporabo? Ali so danes upoštevana mnenja o porazdelitvi in velikosti karbidov v brzoreznih in ledeburitnih orodnih jeklih pravilna in ali je ves trud za njihovo izboljšavo upravičen? Kako deluje karbidna tra-kavost kot posledica izdelave jekla, strjevanja in vroče predelave na uporabne lastnosti jekla? še več takih vprašanj bi lahko naštevali, za odgovor pa potrebujemo obsežne sistematične meritve količin, velikosti, oblik in porazdelitev karbidov. S 'klasičnimi metalografskkni metodami je število faz v mikrostrukturi v splošnem lahko določiti. Tudi določitev vrste faz izkušenemu me-talografu ne predstavlja posebnih težav. Že z opazovanjem nejedkanega obrusa spoznamo večje karbide, Okside ali sulfide. Običajno pa je za razlikovanje faz potrebno ustrezno jedkanje. Za posebne primere so poznani še specialni postopki metalografske tehnike. Z optičnim mikroskopom dosežemo mejo ločljivosti najmanjših delcev s premerom okrog 0,2 pm. Določevanje količin, oblik in porazdelitev faz na metalografskem obrusu je že znatno bolj problematično, za oceno kakovosti jekla pa je prav to zelo pomembno. Dolgo za take določitve ni bilo primernih merilnih aparatov, zato je bilo to določanje precej subjektivno, odvisno od metalografa. Na tem področju so zelo pomemben pripomoček številne primerjalne tabele mikrostruktur v tehniki komparativne metalografije. Če jih uporabljajo izkušeni metalografi, omogočajo dokaj enotne določitve. Primerjalne tabele, ki so danes pri metalograf-skih preiskavah široko uporabljane in splošno poznane, lahko smatramo za polkvantitativno opisovanje struktur. Že to je omogočilo velik napredek z možnostjo uporabe statističnih analiz na osnovi številčnega karakteriziranja značilnih struktur. Večkrat zahtevamo na enem metalografskem obrusu v kratkem času toliko posameznih in različnih izvrednotenj, da se zdi avtomatiziranje komaj mogoče, po drugi strani pa bi prav na tem področju bilo avtomatično izvrednotenje najbolj potrebno. Posebna prednost avtomatične analize je reproduktivnost, ki je lahko pri pazljivem in strokovnem delu znatno boljša kot pri klasičnih analizah. Kvantitativna metalografija predstavlja velik napredek in odpira z možnostmi avtomatizacije in krmiljenja meritev nove možnosti na področju raziskav in razvoja orodnih jekel. Vse od začetkov metalografije je potreba po čimboljšem izražanju strukturne zgradbe predstavljala gonilno silo v razvoju novih postopkov in aparatur. Ta razvoj danes nikakor še ni zaključen, je pa vsekakor dosegel že visoko stopnjo kakovosti in avtomatizacije s posebnimi aparaturami, med katerimi zavzema kvantitativni televizijski mikroskop zelo pomembno mesto. OSNOVE KVANTITATIVNE MIKROSKOPIJE, PREGLED RAZVOJA IN DANAŠNJE MOŽNOSTI MERITEV Avtomatični merilni postopki za izvrednotenje mikrostruktur temeljijo večinoma na klasični linearni analizi, ki pri pravilni izvedbi daje informacije o razporedu faz, vendar je pri ročni izvedbi talka meritev zelo zamudna. Prvi korak pri poenostavitvi izvedbe linearne analize za določitev količinskih deležev faz je predstavljala uporaba tako imenovane integracijske mizice, ki je v principu prikazana na sliki 1. Slika 1 Princip integracijskega postopka". Fig. 1 Principle of the integration process". Mizica mikroskopa se lahko pomika v eni smeri z dvema mikrometrsikima vijakoma 1 in 2. Dokler se nitni križ nahaja na področju faze 1, se pomika mizica z vijakom 1, ko pa preide nitni križ v fazo 2, se nadaljnje pomikanje mizice izvaja z mikrometrskim vijakom 2. Ko je meritev v eni merilni liniji končana, se mizica vrne v začetni položaj z vijakom 3 in paralelno premakne na naslednjo merilno linijo. Ploščinski delež faze 2 dobimo iz razmerja, ki ga odčitamo na mikrometr-skih vijakih U + L2 Merilne mizice po takem principu so lahko opremljene s šestimi mikrometrskimi vijaki. Nadaljnji korak v avtomatizaciji je bil pomik mizice z motorčkom, katerega število vrtljajev je bilo registrirano s stikali za različne faze in s pripadajočimi števci. Izvrednotenje s takim pripomočkom je bilo že mnogo hitrejše. V naslednji fazi je bilo mogoče na opisano napravo priključiti še posebno napravo za elektronsko izvrednotenje porazdelitve velikosti. To je edeno od principov, v toku razvoja pa so bile izvedene še naprave na nekoliko drugačnih osnovah. Pri vseh teh napravah je bilo tudi pri avtomatskem Masiranju delcev vse vezano na nastavitev metalografa. Za popolno avtomatizacijo izvrednotenja je bilo potrebno nastaviti otipavanje stopnje svetlosti in s tem ugotavljati razliko med fazami. Osnovo številnih izvedb aparatur za kvantitativno metalografijo predstavlja metodika ste-reometrične analize. Naloga stereometrične analize je kvantitativno zajemati in s številčnimi vrednostmi izražati geometrijsko zgradbo strukture. Analitične in statistične osnove za določanje prostorskih vrednosti iz opazovanj na ploskvi obrusa so bile delno že pred daljšim obdobjem Obdelane v zvezi s petrografskimi problemi. Danes je zaradi velikega števila razpoložljivih postopkov potrebna kritična izbira, da bi lahko enotno definirali in medsebojno primerjali karakteristične vrednosti. V nadaljnjem naj bi spregovorili o merilnih postopkih in nato o možnostih napak ter končno o tistih karakterističnih vrednostih, ki naj bi optimalno opisale strukturo. Tabela 1: Merjene vrednosti strukturne analize72 Slika 2 Določevanje količinskih deležev v strukturi'2 — A) Analiza ploščin, — B) Linearna analiza — C; Točkovna analiza. Fig. 2 Determination of the quantitative fraction in the strukture'2 A — Analysis of areas, B — Linear analysis, C — Point analysis. Na sliki 2 so prikazane tri možnosti izvrednotenja na ravnem Obrusu. Pri analizi ploščin merimo in štejemo ploskve presekov strukturnih elementov. Pri linearni analizi položimo preko ploskve obrusa merilno linijo. Preseke izmerimo in štejemo presečne 'točke merilne linije z mejami faz ali zrn. Pri točkovni analizi ploskev obrusa prekrijemo s točkovnim rasterjem in ugotavljamo število točk, ki padejo v določeno fazo. Pri tem imamo na razpolago naslednje merilne vrednosti (tabela 1): Kako dobimo podatke o prostorskih količinskih deležih in o prostorski porazdelitvi delcev na osnovi meritev v ravnini — na metalografskem obrusu72-74, na tem mestu posebej ne obravnavamo. Hougardy79 podaja podroben in kritičen pregled z opisi značilnosti aparatur za kvantitativno metalografijo, ki so bile ob začetku leta 1974 na razpolago. Ob različnih izvedbah posameznih proizvajalcev so principi zgradbe in delovanja dokaj enotni. Točkovna analiza (za P merilnih točk) Linearna analiza (za merilno dolžino L) Analiza ploščin (za merilno ploskev A) Pp LL AA nl Na n = f (1) m = f (d) Zkg ZpG Število merilnih itočk, ki padejo v določeno fazo. Ll - AA - NL = NA = n = m = Zrg = Zpr. = Dolžina merilne linije v opazovani fazi. Ploskev, ki pripada opazovani fazi. Število tetiv v opazovani fazi na merilni dolžini L. Število presečnih ploskev v merilni ploskvi A. Število tetiv kot funkcija njihove dolžine 1. Število presečnih ploskev kot funkcija njihovega poprečnega premera d. Število presečnih točk merilne dolžine z mejami zrn opazovane faze. Število presečnih točk merilne dolžine z mejami faz. Pri opisovanju uporabnosti in merilnih možnosti na današnji stopnji razvoja se bomo v nadaljnjem pač omejili na kvantitativni televizijski mikroskop »Quantimet«, ki se je za to področje na tržišču pojavil prvi in se danes v močno izpopolnjeni izvedbi tudi največ uporablja126'79. Kvantitativni TV mikroskop »Quantimet 720« firme Imanco je prikazan na sliki 3. Iz kvantitativnega TV mikroskopa se mikroskopska slika s TV kamero prenese na monitor. Dodatno se električni signali, ki posredujejo vsebino slike m izhajajo iz kamere, izvrednotijo z logično enoto. Prenašanje slike z električnimi signali Slika 3 Kvantitativni TV mikroskop QUANTIMET 720 firme IMANCO — Image Analysing Computer Ltd. Fig. 3 Quantitative TV microscope QUANTIMET 720 manufactured by IMANCO — Image Analysing Computer Ltd. omogoča obenem registriranje in izvrednotenje vseih meritev v smislu linearne ali točkovne analize s pomočjo ustrezne elektronike. Aparat zajame vse tiste dele slike, katerih sivi ton je temnejši ali svetlejši od neke določene nastavljive sive vrednosti. S pomočjo jedkanja, naparjanja in istočasnega izkoriščanja svetlobno optičnih možnosti je treba doseči zadovoljiv kontrast med fazami. Zahteve po zadostnih kontrastih med fazami so razvile posebne postopke jedkanja ali pa posebne postopke mikroskopiranja ali uporabo pomožnih fotografskih postopkov. Določevanje porazdelitve velikosti karbidov v orodnih jeklih je zahtevalo še dodatno povečavo. Na osnovi vseh teh postopkov in zbranih praktičnih izkušenj v razvoju je kvantitativni televizij siki mikroskop zadovoljil večino zahtev. S tem aparatom lahko menjamo različne načine meritev, kot npr.: — ploščinski deleži posameznih faz, — število delcev v merilnem polju, — porazdelitev velikosti delcev, — karakteriziranje oblike, oz. sploščenosti. Iz teh merjenih vrednosti z nadaljnjim izračunavanjem lahko dobimo številne karakteristične vrednosti za strukturno zgradbo ali velikost zrn. Predpogoj za vse te meritve pa je vedno zadosten kontrast svetlosti faz, ki jih med seboj želimo razlikovati. Na tej osnovi nudi razvoj kvantitativne televizijske mikroskopije pot od subjektivnih me-talografsikih ocen k Objektivnim merjenim vrednostim. Oglejmo si prav na kratko možnosti meritev od tistih, ki so možne, a najmanj interesantne in jih v nadaljnjem ne bomo obravnavali, do tistih, katerim se bomo kasneje še posebej posvetili. Mikrovključki: Pri ledeburitnih orodnih in brzoreznih jeklih kvantitativne analize mikrovključkov niso posebno interesantne, pa tudi ustrezne metodike za zanesljivo izvedbo takih meritev še ne poznamo. Zato naj samo omenimo, da je pri mnogih drugih vrstah jekel prav analiziranje nečistoč eno najzanimivejših področij kvantitativne metalografije. Za meritve količin, oblik in porazdelitve vključkov so razvite celo specializirane aparature. Velikost zrn: S kvantitativnim mikroskopom je tudi mogoče neposredno meriti velikost zrn v jeklih pod pogojem, da so meje zrn v primerjavi z osnovno strukturo temno jedkane in da ni nobene druge enalko temne faze na obrusu. če poznamo z današnjo običajno tehniko jedkane mikrostrukture ledeburitnih in brzoreznih jekel128, si lahko pred- stavljamo, da je določanje velikosti zrn pri teh jeklih še dokaj problematično. Lahko rečemo, da je danes merjenje velikosti zrn v glavnem še omejeno na mehka jekla in jekla za poboljšanje s feritno perlitno strukturo. Še pri tem si moramo pomagati tako, da izberemo povečavo tako nizko, da ostanejo nemetalni vključki pod sposobnostjo ločevanja mikroskopa in se pojavljajo v aparaturi na zaslonu samo meje zrn. Količine strukturnih faz: Zelo iinteresantno področje uporabnosti kvantitativnega TV mikroskopa predstavlja merjenje količine karbidov in porazdelitve karbidov v orodnih jeklih, kjer so zbrane že dokaj dobre izkušnje. Različne vrste karbidov so po jedkanju z natrijevim pikratom, z nekoliko modificiranim jedka-lom Murakami ali z jedkalom Grosbeck zelo temni, tako da zagotavljajo dober kontrast v primerjavi z osnovno mikrostrukturo. Količina karbidov se lahko na kvantitativnem mikroskopu določa z relativno napako ± 3 % pod pogojem, da je povečava tako velika, da so vsi ikarbidni delci vidni na zaslonu71. Ko je bilo zagotovljeno registriranje delcev s premerom 0,2 pm, so ugotovljene količine karbidov v orodnih jeklih dokaj dobro sovpadale z rezultati meritev na osnovi kemične izolacije karbidov, analiza pa je izvršena mnogo hitreje po poti kvantitativne mikroskopije71. Sistematične primerjave rezultatov kvantitativne metalografije in gra- * ^^ S I » I 8 a 11 i I i i 11 i 111 loj-2!vj-<ž>"4 a. y C yVr> £ j/*"-**-. ^».•i^jtfkšjSBriAvl: J« \rfhX : v,-* A B C D E F Slika 8 Modeli dvofazne strukture z enakimi količinskimi deleži in različno porazdelitvijo faz". Fig. 8 Models of two-phase structure with equal fractions and various phase distributions". Ld Ldn Ld,L 95 5c 50 1 1 1 i / l / J / 1 / 1 / 1 / I / 1 / 1 / jf 1 / f>-dso / / / / / / / / Slika 9 Merjenje vrednosti linearne analize in krivulje porazdelitve dolžin presečnic v dvofazni strukturi (shema,s). Oznake pomenijo: L — dolžina presečnice v svetli fazi, Ld — dolžina presečnice v temni fazi, M — merilna linija, T _ temna faza, S — svetla faza, f % — relativna pogostost, L, Ld — poprečne dolžine presečnic, L»„, Ldm« — najpogostejše dolžine presečnic, K °/o — kumulativna pogostost, Ljo, Ldjo — centralne vrednosti za kumulativno pogostost 50 %. Fig. 9 Measured values of linear analysis and distribution curves of lengths of intersection lines in the two-phase structure (scheme"). L — length of the intersection line in the bright phase, Ld — length of the intersection line in the dark phase, M — measuring line, T — dark phase, S — bright phase, f % — relatlve frequency, L, Ld — mean lengths of the intersection lines, Lm»x, Ld,,,,, — most frequent lengths of intersection lines, K% — cumulative frequency, L«o, Lds« — central values for cumulative frequency 50 °/o. krometrih in poprečno pogostost v odstotkih z ozmačanjem, da se to nanaša na maksimum ali na minimum. Nato podaja še v mikrometrih vrednosti prehoda kumulativne krivulje skozi karakteristične kumulativne frekvence 15,9 — 50 — 84,1 in 98 %. i : lOOjum -A--!-.....f-......-+- 40 36 32 28 24 20 16 12 8 6 Dolžine presečnic 3 7 14 28 56 112 224 (Um Razred 2 4 6 8 10 12 14 Slika 10 Porazdelitve dolžin presečnic v dvofazni strukturi litega — nepredelanega ledeburitnega orodnega jekla z 2 °/o C in 12 % Cr". Fig. 10 Distribution of lengths of intersection lines in the two--phase structure of čast — unworked ledeburite tool steel with 2 % C, and 12 °/o Cr". V tej smeri je potrebno še precej raziskovalnega dela in razčiščevanja medsebojnih odvisnosti, predlog karakteriziranja karbidnih mikrostruktur pa je vsekakor zanimiv. Dolžine presečnic 7 14 Razred 2 4 6 28 56 112 224 rum 8 10 12 14 Slika 11 Porazdelitev slike 10 v verjetnostni mreži. Fig.11 Distribution on Figure 10 in the probability net. >-4 X ? v C kr^r i > V ..-»"T i i—ul-- - Enakoosna mreža 20 10 0° K m* A 45° i M i i fi v <5 90° 1 10 ■log L 100 Smer 0° 45° 90° L 50 6,8 5,0 $2 Slika 12 Analize porazdelitev strukturnega modela enakoosne mreže". Fig.12 Analyses of distributions of the structure model In the equiaxial net". Slika 14 Porazdelitev slike 13 v verjetnostni mreži. Fig.14 Distribution on Figure 13 in the probability net. Trakasta razporeditev :v*f.«i v. hV »;**; ■/.>>v:"j :x',\ 90° /45° 99 95 90 70 1? 50 ^ 30 I". / /o tt /V -/ =7v - * —tt M 10 •1 i M % \ £ m t \ 10 -log L 100 10 100 log L Smer 0 45° 90° L so 5,8 11,0 17.0 Dolžine preseinic3 Razred 2 Slika 13 Porazdelitve dolžin presečnic v dvofazni trakasti strukturi ledeburitnega orodnega jekla z 2,9 °/o C in 12 % Cr". Fig.13 Distribution of lengths of intersection lines in the two--phase band structure of ledeburite tool steel vvith 2.9 % C, and 12 % Cr". Slika 15 Analize porazdelitev modela trakaste strukture". Fig.15 Analyses of distributions of the band structure model". AVTOMATIZACIJA MERITEV IN AVTOMATSKA OBDELAVA PODATKOV Za kompletno karakteriziranje mikrostrukture je potrebno meriti mnogo parametrov in številne podrobnosti. Take meritve predstavljajo tako zahtevno in obsežno delo, da sistematične raziskave na področju kvantitativne metalografije skoraj niso izvedljive brez visoke stopnje avtomatizacije in povezave z računalniškim sistemom. Vse te ob- Doliine presečnic 7 14 28 56 112 224 /u.m Razred 2 4 6 8 10 12 14 — Osnovo - 0' ----S 0° Karbidi . ---0° ---90° sežne meritve pa je treba zgostiti v čim manjšo reprezentativno serijo številk, če želimo karakteristike mikrostrukture povezovati z lastnostmi jekla. Prav to pa je zopet zahtevna naloga, ki bo v nadaljnjem razvoju zahtevala še mnogo sistematično povezanih raziskav. Sistem povezave kvantitativnega TV mikroskopa z računalnikom ter visoko stopnjo avtoma- i i i ; j r Osnova Korbic/i —— - 0° (Smer —-----go o predelave) Dolžine preseinic 3 Razred 2 56 112 224 rum 10 12 K Slika 16 Porazdelitve dolžin presečnic v dvofazni t rakast i strukturi brzoreznega jekla, tipa 6-5-2". Fig.16 Distribution of lengths of intersection lines in the two--phase band structure of high-speed steel, type 6-5-2". 99,9 99,5 98 "" 70 50 30 10 — Osnova _---SO* Karbidi -0° r , / J / / // / / — 90' / /t /J /7 / / S f/ / / / / / / / / / / t/ / — -V-— Lso rum) (.«rnun) Smer 0° 90" 0o 90° Osnova 2S 29 90 78 Karbidi J/ 40 b i 1 i i r Razred 7 4 14 6 28 8 56 10 112 12 224 (um 14 Slika 17 Porazdelitev slike 16 v verjetnostni mreži. Fig. 17 Distribution on Figure 16 In the probability net. tizacije meritev sta že pred leti izvedla Hougardy in Rose77 na Max Planck Institutu v Dusseldorfu. Uporabila sta osnovni sistem Quantimet B firme Metals Research Ltd.126, pri čemer sta standardni vgrajeni mikroskop zamenjala z mikroskopom večje zmogljivosti, na katerega sta neposredno montirala TV kamero. Ta merilni sistem sta povezala preko »interface« enote s procesnim računalnikom DIGITAL PDP-9, firme Digital Equipment Corporation Maynard. Razvila sta serijo ustreznih računalniških programov. V zadnjih letih sta s sodelavci sistem izpopolnila74-8'' in v letu 1974 je bil v sistem vključen novi Quantimet 720 IMANCO s konfiguracijo na sliki 18, katerega so povezali z istim računalnikom preko novega, močno izpopolnjenega »interface« sistema. Slika 18 IMANCO QUANTIMET 720 v konfiguraciji, kakršna je bila uporabljena pri kasneje opisanih praktičnih meritvah. Na to osnovno enoto je vezan klasičen mikroskop velike zmogljivosti s televizijsko snemalno kamero In avtomatsko manipulacijo. Quantimet je vezan na ustrezen procesni računalnik. Fig. 18 IMANCO QUANTIMET 720 in the set-up used for later described practical measurements. Usual optical microscope with high resolution povver, with a TV camera and an automatic manipulation is connected to the basic unit. Quantimet is connected to a suitable process computer. Proizvajalci kvantitativnih mikroskopov so že izkoristili mnogo takih raziskovalno-razvojnih dosežkov in svoje aparate v zadnjih letih močno izpopolnili. Tako imajo najnovejši kvantitativni mikroskopi že v komercialni izvedbi za osnovo mikroskope visoke kakovosti z avtomatizirano manipulacijo. Za osnovna izvrednotenja meritev imajo že vgrajene manjše računalnike, poleg tega pa imajo direktne izhodne enote prirejene za povezavo z zmogljivejšim računalniškim sistemom. V nadaljevanju bodo podani principi delovanja takega sistema za avtomatizirano kvantitativno mikroskopiranje. Moramo pa Ob tem posebej poudariti, da je kvantitativna metalografija res dosegla visoko stopnjo razvoja, ki že odpira pota novi raziskovalni dejavnosti in učinkovitejšemu razvoju specialnih jekel in zlitin na osnovi vse boljšega obvladanja korelacij med strukturo in uporabnimi lastnostmi. Pretežno pa je — ne samo zaradi dragih aparatur — uporaba kvantitativne metalografije le še omejena na področje razisko- valne dejavnosti, medtem ko je (kontrola kakovosti še vedno vezana na metalografa in standardne primerjalne itabele, z izjemo ožjih specializiranih področij, za katera so celo že v prodaji posebej prilagojene kompletne aparature. Potrebno bo še mnogo raziskav, preden bomo klasične metalo-grafske preiskave v kontroli kakovosti lahko nadomestili z objektivnejšimi, avtomatiziranimi in zanesljivimi meritvami. Avtomatično krmiljenje mizice mikroskopa in nastavljanje ostrine84 V primerjavi z običajnim krmiljenjem mikroskopske mizice s koračnimi stikali, je krmiljenje položaja preizkušanca z induktivnim snemalcem poti natančnejše in preprostejše. Čim manj naj bo dodatnih mehanskih delov. Ker se položaj preizkušanca meri neposredno na držalu objektiva, odpadejo napake nastavitve zaradi mrtvega hoda navojev. Vsak najmanjši premik preizkušanca se izraža s spremembo napetosti na izhodu snemalca poti. Mizica se pomika s pomočjo nastavitve finega pomika, povezanega z motorčkom, ki ga vklaplja in izklaplja računalnik. Slika 19 prikazuje shemo krmiljenja mikroskopske mizice. Snemalec poti Slika 19 Krmiljenje mikroskopske mizice". Fig.19 Regulation of the microscope table"4. Preizkušanec je pritrjen v držalu, ki se pomika v x in y smeri. Prav tako se preizkušanec lahko regulirano pomika v z-smeri navzgor in navzdol. Slika ostane ostra, če je razdalja med površino obrusa in objektivom konstantna. Pomikanje površine obrusa se preko tipalne igle prenaša na feritno jedro snemalca poti, tako da lahko merimo razdaljo med objektivom in površino obrusa. Tipalna igla se lahko izmenjava in je prilagojena posameznim objektivom (slika 20). Vsakokratnemu položaju mikroskopske mizice (xy) ustrezajoča izhodna napetost snemalca poti trdna osnovna plošča analogna napetost nastavitev vzmeti premično plošča z napravo za ' l pritrditev snemalca \ poti in tipalne ročice snemalec poti vzmet tipalna igla Slika 20 Shema naprave za nastavitev ostrine na mikroskopu'4. Fig. 20 Scheme of arangement for adjusting edge on microscope®4. pride preko prilagojevalnega stikala na preklopnik merilnega mesta k analogno digitalnemu kon-verterju in od tam k računalniku. Ta povezava je v poenostavljeni obliki razvidna iz blok sheme na sliki 21. Največje možne poti mikroskopske mizice, ki so omejene z občutljivostjo analogno-digitalnega konverterja (sprememba 1 Bit za 2,5 mV spremembe napetosti), kakor tudi z delovnim področjem snemalca poti, znašajo 3 cm pri najmanjšem še merljivem premiku 1 jam. Obstaja pač možnost, da pri delu z velikimi povečavami izhodno napetost snemalca poti v x smeri 5-krat pojačamo. S tem bo sicer delovno področje snemalca poti omejeno na 0,6 cm, pač pa je na ta način mogoče nastaviti zelo majhne poti na preizkušancu 0,2 (im XY PISALO ZA RISANJE PISALNI STROJ - KONZOLA MAGNETNI TRAK RAČUNALNIK NASTAVITEV PRE. MERA DELCEV PLOSKEV, ŠTEVILO DELCEV t PODAJANJE VRSTE M MERITVE KVANTITATIVNI TV MIKROSKOP KRMILJENJE POLOŽAJA PRODE KRMILJENJE MIZICE DRŽALO PROBE Slika 21 Blok shema poti merilnih in krmilnih signalov". Fig. 21 Paths of measuring and controlling signals". z zadovoljivo natančnostjo. Ta naprava deluje na Max Planok inštitutu v Diisseldorfu od sredine 1969. leta brezhibno. Krmiljenje »Quantimeta« in registriranje merjenih vrednosti z računalnikom: »Quantimet« ima stikalo za nastavitev osnovnih merilnih načinov, z ozirom na željeno vrsto uporabe aparata za merjenje ploskev, števila in projekcij delcev. Na os tega stikala so pritrdili preklopni motorček. Določevanje porazdelitve velikosti premerov najmanjših še upoštevanih delcev je mogoče nastaviti s položajem »Minimum Chord Potentiome-ters«. Sam način meritve podrobneje opisujejo Rose, Mathesius in Hougardy80-m. Računalnik ne sprejema analogne napetosti od merilnega instrumenta Quantimeta, ampak se merilne vrednosti neposredno pred integracijsko stopnjo Quantimeta posnamejo v obliki impulzov. Ti impulzi se integrirajo v impulzno napetostnih pretvornikih. Meritve so optimirane na osnovi prilagoditve merilnim pogojem. Tako na primer pri načinu meritev »merjenje ploščin« pri merilnem polju, velikosti 20 cm X 20 cm, na zaslonu pri 100 % ploskve analogno digitalni konverter doseže polno umeritev. Pri večjih merilnih poljih nastane nadnapetost, kar program pokaže operaterju. Pri zelo majhnih merilnih poljih bo napetost 100 % ploskve odgovarjajoče majhna, tako da se število digitalnih korakov na odstotek površine zmanjšuje in bo s tem natančnost merjenja manjša. Pri načinu merjenja »štetje delcev« bo pri 35 delcih na merilno polje dosežena največja izhodna napetost. Večje število delcev povzroča povečanje napetosti preko merilnega območja, kar pokaže program, če je v enem merilnem polju več kot 35 delcev, je treba pov ečati povečavo toliko, da v toku poizkusa ne bomo prekoračili 35 delcev na merilno polje. Na ta način dobljene analogne vrednosti napetosti preko preklopnega stikala merilnega položaja privedemo na analogno digitalni konverter in nato na računalnik za nadaljnjo obdelavo in shranjevanje. Zajemanje merjenih vrednosti74-84: Programi za snemanje in izvrednotenje merjenih vrednosti so napisani v tako imenovanem As-sembler - jeziku MACRO 9 uporabljanega računalnika PDP 9. Samo za numerične izračune so uporabljeni podprogrami v jeziku Fotran IV. Program zajemanja in vrednotenja podatkov obsega vključno Fortran — podrutine ca. 6000 posameznih navodil. Začne se z dialogom, v katerem se določi vrsta sprejemanja meritev. To so na primer vprašanja o osnovni vrsti meritve, povečavi, obseženi dolžini poti in številu slik. Shranjevalci podatkov so organizirani tako, da vsakokrat dva bloka po 240 besed tvorita eno enoto. Vsak od teh blokov ima skupino 15 besed, ki obsegajo v dialogu z računalnikom določene informacije, in konstante, potrebne za sprejemanje merjenih vrednosti in izvrednotenje. Dodatne informacije se lahko vnašajo preko stikalne plošče in konzole računalnika. Glavne korake dialoga podaja slika 22. Poleg vpraševanja po konstantah so podane tudi zahteve za določene nastavitve na aparatih. S tem naj bi preprečili, da bi bile zaradi napake pri uporabljanju aparatur meritve neuporabne. Po vsaki taki zahtevi se program ustavi, dokler operater ne pritisne stikala »continue« in s tem potrdi, da je nastavitev pravilna. V nadaljnjem bodo samo tisti deli programa, ki so najpomembnejši, na kratko dodatno opisani. Slika 22 Shema poteka za sprejemanje in shranjevanje merjenih vrednosti. Fig. 22 Scheme of courses for reception and storage of measured values". Določitev preiskovanja probe Po odgovorih na ustrezna vprašanja v dialogu z računalnikom lahko izberemo najprimernejšo obliko rastriranja preizkušanca. Izbrani način določimo v programiranem dialogu računalnika s pomočjo konstant, podanih na slikah 23 in 24, ki prikazujeta možnosti razporeditve merilnih polj na preizkušancu. Slika 23 prikazuje shemo običajnega rastriranja preiskovane ploskve preizkušanca pri meritvah s Quantimetom. © 7 © 2 0 3 ® ® < ® 3 © 7 © 2 ®3 © © y-smer Ploskev probe - x- smer 0 , © 7 © 4 © S © 2 ® 7 m ® /-smer © - x- smer ® Posamezno © © 0 s 0 I----^---merilno območje © © © © © ® 7 2 © Celotno število slik {2,5 Številka sike v x- smeri v eni slikovni vrsti A Dolžina sliHH b TenepeiiiHen cj>a3bi pa3BHTH8, HTO OTKpbIBaeT HOBLie b03m03kh0cth npH HCCAeAOBaHIHO CBOllCTB CTaAefi b 3aBHCHMOCTH OT HX MHKpOCTpyKTypbI. 34>eKTHBHOe ynoTpe6AenHe KOAHiecTBeHHOH MHKpocKormH npaKTH-neCKH B03M0JKJia ABUH B CBH3H KOAHHeCTBeHHOTO MHKpOCKOna C COOTBeTCTByK>mHM CJ&POHCOM. KaK pe3YABTaT TaKOrO COMeTaitHH 3nammteabiiafl skohomh« bpcmhhii npH H3MepeiiHii h ouchkh. TaKoe coneTaHne n03B0A»eT TaioKe BbinoAHan. ynpaBAeHHe H3MepeHHii no cootbctctbchhoh IiporpaMMe. c aBTOMaraieCKHM H AH nOAyaBTOMaTH-HeCKHM AeidCTBHCM MOJKHO BhHJOAHHTB AOCTaTOHHOe 1HCAO H3Mepe-HHft, Heo6xoAHMoe aasi toto, hto6u AaTb HaAeatHyio xapaKTepncTHKy MHKpoCTpy KTypbI. KpHTepHH aa« OXapaKTepH30BaHHH MHKpOCTpyK-rypbi noKa eme, KpoMe neKoropbix hckaiomghhh, He paspaSoTanu H no3TOMy HeH3BecTHbi. BcAeACTBHH 3Toro, noKa eme HeT bo3momc- HOCTH VHHKaALIIOrO CnOCOfia ynOTpe0AeHHH B CBH3H C CBOHCTBaMH KOTOpbie IiaXOAHTCH B npHMeHeHHH. EoAee noApoCHo noAaHa onacHoeTb oihhSok npn HSMepeHHH h paccMOTpeHbi B03M0JKH0CTH O HX yCTpaHeHHK>, COTAaCHTbCa Ha aonyck hah, b KpafmeH Mepe, lactirthoh komnenh3aiihh. B CBH3H C ynOTpedAeHHeM CHeTHHKa eCTb B03M0)KH0CTb BO BpeMfl HcnoAHeHHfl vypnTHbix hh-cTpyMeHTaAbHbix CTaAeii h pe3yAi>TaTi>i co<5cTBeHHbix H3MepeHHft.