Дослідження впливу температури гартування на структуру експериментального сплаву залізо - карбід вольфраму

Метою даної роботи є дослідження структури експериментального сплаву Fe-WC отриманого методом ЕШП в литому стані і після термічної обробки.

Даний сплав був отриманий методом переплавки електроду із сталі 40 з додаванням порошку WC в процесі плавки в кількості 22-25 ваг.%.

Як режими термічної обробки були вибрані:
1) високотемпературний відпуск (Тн = 680-700^oС, tв = 60мин, охолодження на повітрі);
2) гартування (Тн = 940-960^oС, tв = 30мин, охолодження в маслі);
3) гартування (Тн = 1180-1200^oС, tв = 60мин, охолодження в маслі).

Запропонований спосіб виплавки матеріалу дозволяє отримати мелкодендритную структуру в литому стані. Структура сплаву утворена трооститной матрицею з ділянками розірваної сітки карбідної евтектики. Спостерігається деяка кількість частинок WC, що не розчинилися. Додатково слід зазначити наявність в структурі орієнтованих голчатих виділень. Імовірно це виділення карбіду по місцях ковзання дислокацій. Після високотемпературного відпуску рентгеноструктурный аналіз показав повну відсутність аустеніту в структурі. Після гартування з температур 940-960^oС відзначено наявність аустеніту із сплаві, при одночасному зменшенні кількості фази, яку не вдалося ідентифікувати, а після гартування від температур 1180-1200^oС - повна відсутність не ідентифікованої фази і збільшення кількості залишкового аустеніту. Відзначено, що виділення вказаної фази приводить до зростання мікротвердості матриці, що підтверджує припущення про її природу карбіду.

Вдосконалення методики кількісної оцінки структури твердих сплавів за допомогою програми ImageTool

ImageTool є програмою обробки і аналізу зображень.

Для оцінки частки фази карбіду в сплаві були використані такі функції як Знайти об'єкт і Підрахунок чорних/білих пікселів. Для виконання вказаних функцій реальне півтонове зображення повинне бути перетворено в бінарне.

Підрахунок чорних/білих пікселів ведеться на бінарному зображенні, отриманому після розділення по рівнях яскравості сірого (завданні порогу) в початковому зображенні. Діапазон зміни яскравості об'єкту в полі зору перетвориться в цифрове значення в інтервалі 0 - 255 і відображається в вигляді гістограми інтегрального розподілу яскравості.

Оскільки при завданні порогу яскравості вплив на результат надає суб'єктивний чинник для якісної оцінки погрішності вимірювань була проведена серія дослідів з використовуванням різних варіантів завдання рівня розділення.

Піки гістограми відповідають фазі карбіду і матриці. Тому, перш за все, необхідно проводити оцінку при установці нижнього порогу яскравості на мінімальному значенні між пиками. Мінімум гістограми для всіх досліджуваних фотографій знаходився в інтервалі 160-180. Для всіх фотографій був зроблений аналіз при встановленні порогу 160, 170 і 180.

Для всіх чотирьох способів завдання порогу отримано різне ранжирування сплавів по кількості фази карбіду. Оскільки різниця в частці фази карбіду по сплавах відносно невисока, то цю різницю можна пояснити помилкою в завданні порогу яскравості. Таким чином, процедура порівняння об'ємного змісту фаз в різних зразках може бути коректно застосований тільки у тому випадку, коли інтервал зміни змісту фази перевищує погрішність, зв'язану з невизначеністю вибору рівня розділення. Ця погрішність визначається шляхом послідовної оцінки структури при різних значеннях рівня розділення. Альтернативним способом завдання порогу є візуальне визначення точності контура карбідів.

Недоліком такого методу оцінки фази карбіду є відсутність можливості виключення з підрахунку найдрібніших об'єктів із заданою яскравістю, але таких, що не є карбідами по морфології. Тому було запропоноване для побудови бінарного зображення використовувати функцію Знайти об'єкт яка дозволяє відфільтрувати об'єкти з розміром менше порогового.

Пошук об'єктів також ведеться по рівнях яскравості в градаціях сірого: зображення сканується до тих пір, поки не буде знайдений піксель з рівнем яскравості із заданого інтервалу, вважається що знайдений необхідний об'єкт, а потім його розмір визначається оцінкою приналежності сусідніх пікселів заданому інтервалу яскравості. Потім процес сканування продовжується.

Процедура пошуку в ручному режимі починається із завдання порогу яскравості сірого при допомозі подвійного скролера .

Гістограма побудована в координатах Рівень яскравості (0-255) - Відносна кількість пікселів.

Подальший аналіз знайдених об'єктів дозволяє класифікувати їх за площею (з отриманням поліхромного зображення знайдених і ідентифікованих об'єктів). Перевівши таке зображення в бінарне можна підрахувати відсоток фази карбіду за допомогою функції Підрахунок чорних/білих пікселів.

Головною перевагою такого методу є можливість завдання мінімальної кількості пікселів, що становлять шуканий об'єкт.