Análisis y evaluación del tamaño de grano
Las estructuras metálicas y las propiedades mecánicas de diversos materiales metálicos cambian debido al tratamiento térmico y otros factores. Para evaluar correctamente los materiales, es necesario realizar un análisis fiable del tamaño de los granos de acuerdo con las normas industriales.
En esta sección se presentan ejemplos de aplicación del Microscopio Digital 4K de KEYENCE, que resuelve los problemas de comparación visual en el análisis granulométrico convencional y calcula automáticamente los números de tamaño de grano de acuerdo con las normas industriales.
- Propiedades mecánicas y tamaños de grano de los materiales metálicos
- Métodos de evaluación de estructuras metálicas mediante el análisis granulométrico
- Problemas en el análisis granulométrico
- Cuantificación y racionalización del análisis granulométrico con medición de tamaño de grano
- Una sola unidad que completa una amplia gama de operaciones, desde la observación de estructuras metálicas hasta el análisis granulométrico
Propiedades mecánicas y tamaños de grano de los materiales metálicos
Además de los automóviles, los materiales metálicos se utilizan habitualmente en una amplia gama de campos y productos, desde instalaciones de infraestructura hasta edificios y dispositivos eléctricos/electrónicos. Sus tipos también varían ampliamente y es necesario seleccionar los materiales adecuados de acuerdo con su aplicación y propósito. Por ejemplo, las propiedades mecánicas requeridas para los materiales metálicos de la carrocería del automóvil difieren significativamente de los materiales utilizados en los componentes del motor. Además de los tipos de materiales metálicos, como los metales puros, como el hierro y el aluminio, también es importante comprender las estructuras metálicas y las propiedades mecánicas que cambian debido al tratamiento térmico y otros factores.
Las estructuras metálicas son cuerpos policristalinos que tienen estructuras cristalinas compuestas por muchos granos. Entre los granos, hay un área con una disposición atómica distorsionada, cuyo límite se denomina límite de grano.
Incluso con metales y aleaciones que son iguales, sus granos se organizan en un patrón específico por el calor u otro tratamiento a medida que crecen sus átomos, lo que resulta en una formación de límite de grano diferente en comparación con antes del tratamiento. A medida que cambia el tamaño de los granos, también cambian las propiedades mecánicas. Por lo tanto, los tamaños de grano de los materiales modificados por el calor y otros tratamientos son un factor importante en la evaluación de las propiedades mecánicas.
Métodos de evaluación de estructuras metálicas mediante el análisis granulométrico
Al analizar el tamaño de grano de una estructura metálica, se puede inspeccionar y evaluar si el material metálico tiene las propiedades mecánicas deseadas. En general, para esta evaluación es necesario realizar un análisis granulométrico, en el que se prepara una muestra de estructura metálica para investigar el tamaño y la distribución de los granos utilizando un microscopio metalúrgico.
Existen varias normas para el análisis granulométrico. Por ejemplo, en los Estados Unidos, el análisis se realiza de acuerdo con la norma ASTM E112-13: Standard Test Methods for Determining Average Grain Size (Métodos de prueba estándar para determinar el tamaño promedio de grano).
En muchos casos, los tamaños de grano se analizan a través de la inspección visual por medio de un método comparativo. Generalmente, los tamaños de grano se estiman o identifican utilizando los siguientes métodos.
- Comparación visual utilizando diagramas estándar
- El operador estima el número de tamaño de grano comparando visualmente la muestra de estructura metálica aumentada con un microscopio contra el diagrama estándar.
- Comparación visual utilizando escalas granulométricas
- Se utiliza una escala granulométrica para una lente ocular, en la que se inserta una imagen del patrón granulométrico, con un microscopio metalúrgico para permitir la inspección visual tanto con la muestra aumentada como con el diagrama estándar en el campo de visión.
- Tamaño de grano y diámetro de grano
- Además del tamaño de grano, el diámetro del grano también se utiliza a veces para expresar el tamaño de un grano. Por lo general, el tamaño de grano se expresa con un número de tamaño de grano en un diagrama estándar que cumple con las normas industriales. Por otro lado, el diámetro del grano se expresa con el diámetro del grano.
Se dice, en muchos casos, que cuanto mayor es el número de tamaño de grano (menor es el diámetro del grano), mejores propiedades mecánicas tiene el material metálico.
Problemas en el análisis granulométrico
El análisis granulométrico mediante un método comparativo utilizando un microscopio metalúrgico convencional presenta los siguientes problemas.
- Los análisis granulométricos utilizando diagramas estándar o escalas granulométricas se realizan mediante comparación visual, por lo que estas inspecciones requieren un cierto nivel de competencia. Además, las variaciones en los resultados de los análisis entre distintos operadores impiden una evaluación cuantitativa.
- Si se monta una cámara en un microscopio metalúrgico, sólo se guarda la imagen de la estructura metálica. Esto provoca, por ejemplo, los siguientes problemas: no es posible obtener una imagen de comparación en la que también se haya capturado una escala granulométrica para una lente ocular y no se registra la intersección de la estructura metálica en la que se realizó la comparación y el análisis.
- Lleva tiempo y esfuerzo introducir manualmente los resultados de los análisis en papel o en una PC y estas operaciones también implican el riesgo de una evaluación incorrecta debido a una entrada errónea.
Cuantificación y racionalización del análisis granulométrico con medición de tamaño de grano
El Microscopio Digital 4K de ultra alta definición Serie VHX de KEYENCE resuelve varios problemas en el análisis granulométrico con los microscopios metalúrgicos convencionales y permite un análisis, una medición y una evaluación cuantitativa precisos del tamaño de grano con una operación sencilla, independientemente del nivel de competencia del inspector.
La Serie VHX está equipada con una lente de alta resolución, CMOS 4K y sistemas de observación y medición específicamente diseñados. La Serie VHX no sólo les proporciona a los usuarios imágenes con aumento de alta definición utilizando imágenes 4K de alta resolución, sino que este Microscopio Digital de última generación también ofrece funciones integrales necesarias para el análisis granulométrico de las estructuras metálicas. Por ejemplo, las mediciones 2D y 3D de alta precisión y la medición del tamaño de grano (que calcula automáticamente los números de tamaño de grano de acuerdo con las normas industriales) están disponibles para un análisis detallado.
Además, los resultados de las repetidas entrevistas in situ con los clientes han sido una interfaz de usuario intuitiva y operaciones sencillas —que no dependen del nivel de competencia del usuario.
En esta sección se presentan ejemplos del uso de la Serie VHX para el análisis, la medición y la evaluación cuantitativa de los tamaños de grano.
Evaluación cuantitativa conforme a las normas industriales mediante la función de medición del tamaño del grano
El Microscopio Digital 4K Serie VHX puede calcular automáticamente los números de tamaño de grano que cumplen con las normas industriales, como la ASTM E1382, sobre la base de imágenes con aumento de alta resolución. También es posible seleccionar un método de medición adecuado para un material metálico a partir del conteo de intersecciones y el conteo de granos suplementarios.
En la comparación visual, si no está claro a qué tamaño de número de grano corresponde un grano, los resultados de la evaluación pueden variar entre distintos operadores.
Sin embargo, con la Serie VHX, se puede derivar cuantitativamente un número de tamaño de grano a través de una medición precisa.
Menos afectada por el estado de pulido de una muestra de estructura metálica
Si la superficie de observación de una muestra no es plana (como una superficie pulida irregular de una muestra incrustada en resina), un microscopio convencional sólo puede enfocar una parte del objetivo debido a las limitaciones de profundidad de campo.
Con el Microscopio Digital 4K Serie VHX, la composición de profundidad en tiempo real hace posible obtener instantáneamente imágenes de alta resolución en las que toda la superficie de observación de la muestra está completamente enfocada, incluso en el caso de una muestra incrustada en resina que tenga una superficie inclinada o irregular.
Permite una fácil adquisición de imágenes de campo amplio y de alta resolución
Incluso con un microscopio convencional se pueden capturar imágenes de alta resolución y gran aumento, pero sólo con un estrecho campo de visión. Esto hace que sea difícil entender qué parte de una muestra revelan las imágenes capturadas, lo que reduce la eficiencia del trabajo.
La función de ensamble de imágenes del Microscopio Digital 4K Serie VHX captura continuamente imágenes, con la plataforma bajo control automático, con sólo pulsar un botón. Los datos de imagen de diferentes campos de visión se pueden unir rápidamente, sin desalineación, para proporcionar una imagen de hasta 50000 x 50000 píxeles. Con el aumento y la resolución inalterados, esta imagen se puede utilizar como una vista de pájaro para permitir una observación eficiente.
Una sola unidad que completa una amplia gama de operaciones, desde la observación de estructuras metálicas hasta el análisis granulométrico
Además de las funciones presentadas aquí, el Microscopio Digital 4K de ultra alta definición Serie VHX está equipado con muchas más funciones útiles para la observación, el análisis y la inspección de materiales metálicos.
La Serie VHX ofrece tanto una operación fácil como una multifuncionalidad que revoca los conceptos de los microscopios convencionales. Entre los ejemplos de esta operabilidad y multifuncionalidad se incluyen una función de eliminación de reflejos que no es susceptible a la reflexión de la luz específica de la superficie del metal y mediciones 2D y 3D de alta precisión de orden submicrónico que los usuarios pueden realizar simplemente seleccionando una imagen con aumento.
Además, se puede instalar Excel en la Serie VHX. La función de informes de la Serie VHX introduce automáticamente contenidos como imágenes con aumento y valores medidos en una plantilla deseada. Con un solo microscopio que completa una serie de tareas de forma rápida y sencilla, puede mejorar drásticamente la eficiencia de su trabajo.
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