Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Έλεγχος Ποιότητας και Τεχνολογία Δομικών Υλικών Θεωρητικό και Εργαστηριακό Μέρος Ενότητα 1: Υπολογισμός Μεγέθους Κόκκων Χάλυβα Ευάγγελος Φουντουκίδης Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τ.Ε.

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

4 Σκοπός Πειραματικού Μέρους Σκοπός της 1ης άσκησης είναι η εισαγωγή στη μικροδομή των μεταλλικών υλικών μέσω υπολογισμού του μεγέθους κόκκων τους. 4

5 Περιεχόμενα Ενότητας Οπτικό Μεταλλογραφικό Μικροσκόπιο Προετοιμασία Δοκιμών Υπολογισμός Μέσου Μεγέθους Κόκκου Στατιστική Εκτίμηση των Μετρήσεων Χαρακτηρισμός του Υλικού 5

6 Οπτικό Μεταλλογραφικό Μικροσκόπιο - 1 α) Προσοφθάλμιος Φακός (ΠΦ) Μ x 10 Συνολική Μεγέθυνση: Μ(ΑΦ)x Μ(ΠΦ) = Μ (Μικροσκοπίου) Μ: x 50, x 100, x 200, x 500, x

7 Οπτικό Μεταλλογραφικό Μικροσκόπιο - 2 β) Αρχή Λειτουργίας Aντικειμενικός Φακός: (ΑΦ) M x 5, M x 10, M x 20, M x 50, M x 100 7

8 Προετοιμασία Δοκιμών - 1 ASTM E3-11, Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. Στάδια: Κοπή (cutting specimens ) Λείανση (grinding) Στίλβωση (polishing) Χημική προσβολή (microetching) - ASTM E

9 Προετοιμασία Δοκιμών - 2 (α): Μη προσβεβλημένη επιφάνεια, (β): Ελαφρά προσβεβλημένη επιφάνεια (γ): Αποκάλυψη της ενδοκρυσταλλικής δομής. 9

10 Υπολογισμός Μέσου Μεγέθους Κόκκου -1 ASTM E112-10, Standard Test Methods for Determining Average Grain Size Δοκίμιο προς εξέταση κατάλληλα επεξεργασμένο. Πλήρως κλειστό πεδίο του μικροσκοπίου. Επιλογή συνολικής μεγέθυνσης (να περιέχει μεταξύ 50 και 100 κόκκους). Μέτρηση του αριθμού των κόκκων που περιέχονται στο πεδίο για την επιλεγμένη μεγέθυνση: NΜ N( xm ) = f ( NΟ + 2 ) 10

11 Υπολογισμός Μέσου Μεγέθους Κόκκου -2 Όπου ΝΟ είναι ο αριθμός των κόκκων εντός του πεδίου και ΝΜ ο αριθμός των κόκκων που τέμνονται από το πεδίο Υπολογισμός του αριθμού των κόκκων σε φυσικό μέγεθος (x1): N A = f N 2 Μ ( NΟ + ) Όπου f είναι ο συντελεστής μεγέθυνσης (Jeffries). 11

12 Υπολογισμός Μέσου Μεγέθους Κόκκου -3 Ο συντελεστής Jeffries, f, συναρτήσει της μεγέθυνσης του μικροσκοπίου Για την x400 συνολική μεγέθυνση ο συντελεστής f= 45 12

13 Υπολογισμός Μέσου Μεγέθους Κόκκου -4 Μέγεθος κόκκου G στην εμβαδομετρική μέθοδο 13

14 Στατιστική Εκτίμηση των Μετρήσεων -1 Επιλέγεται το υλικό προς εξέταση (δοκίμιο C15 ή C35). Κάθε ομάδα εξετάζει ένα τυχαίο πεδίο. Υπολογίζεται ο μέσος αριθμός των κόκκων σε φυσικό μέγεθος, ΝΑ. Εκτιμάται ο μέσος μέγεθος κόκκου, G, με στατιστική αξιολόγηση κατά ASTM E112. Λαμβάνονται συνολικά πέντε (n=5) διαφορετικά πεδία (από το ίδιο τρίωρο ή από άλλα τρίωρα της ίδιας ή άλλης εργαστηριακής ημέρας). 14

15 Στατιστική Εκτίμηση των Μετρήσεων -2 Υπολογίζεται ο μέσος όρος των ΝΑ: Υπολογίζεται η τυπική απόκλιση: x ν = ν x i s = v ( x x ) i ν 1 2 Υπολογίζεται το 95% διάστημα εμπιστοσύνης κάθε μέτρησης, 95%ΔΕ 95% Ε = ( t s) / v Όπου το t είναι η σταθερά από την κατανομή Student για πιθανότητα 95% και ν πεδία 15

16 Στατιστική Εκτίμηση των Μετρήσεων -3 Υπολογίζεται η % σχετική ακρίβεια, %ΣΑ, των μετρήσεων, διαιρώντας την τιμή 95%ΔΕ με το μέσο, % ΣΑ = ((95% Ε) / x ν ) 100 Αν η τιμή %ΣΑ θεωρείται πολύ υψηλή για τη συγκεκριμένη εφαρμογή, πρέπει να μετρηθούν περισσότερα πεδία και να επαναληφθούν οι παραπάνω υπολογισμοί. Ως γενικός κανόνας, τιμή 10%ΣΑ (ή μικρότερη) θεωρείται ότι είναι αποδεκτή ακρίβεια για τις περισσότερες εφαρμογές. 16

17 Στατιστική Εκτίμηση των Μετρήσεων -4 Τιμή του συντελεστή Student, t, για 95% αξιοπιστία συναρτήσει του αριθμού των δειγμάτων, ν. 17

18 Χαρακτηρισμός του Υλικού -1 Ένας χάλυβας χαρακτηρίζεται ως: Χονδρόκοκκος, όταν ο αριθμός G είναι μεταξύ Λεπτόκοκκος, όταν ο αριθμός G είναι μεταξύ Ιδιαιτέρα λεπτόκοκκος, όταν ο αριθμός G είναι μεταξύ Για τα κράματα άλλων μετάλλων η ταξινόμηση αυτή διαφέρει. 18

19 Χαρακτηρισμός του Υλικού -2 Ένα χοντρόκοκκο υλικό έχει: Καλή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα Μεγάλη πλαστικότητα Μικρή σκληρότητα Χαμηλή αντοχή Ένα λεπτόκοκκο υλικό έχει: Κακή ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα Μικρή πλαστικότητα Μεγάλη σκληρότητα Υψηλή αντοχή 19

20 Τέλος Ενότητας 20