Исследование влияния температуры закалки на структуру экспериментального сплава железо - карбид вольфрама

Целью данной работы является исследование структуры экспериментального сплава Fe-WC полученного методом ЭШП в литом состоянии и после термической обработки.

Данный сплав был получен методом переплава электрода из стали 40 с добавлением порошка WC в процессе плавки в количестве 22-25 вес.%.

В качестве режимов термической обработки были выбраны:
1) высокотемпературный отпуск (Тн = 680-700^oС, tв = 60мин, охлаждение на воздухе);
2) закалка (Тн = 940-960^oС, tв = 30мин, охлаждение в масле);
3) закалка (Тн = 1180-1200^oС, tв = 60мин, охлаждение в масле).

Предложенный способ выплавки материала позволяет получить мелкодендритную структуру в литом состоянии. Структура сплава образована трооститной матрицей с участками разорванной сетки карбидной эвтектики. Наблюдается некоторое количество нерастворившихся частиц WC. Дополнительно следует отметить наличие в структуре ориентированных игольчатых выделений. Предположительно это выделение карбида по местам скольжения дислокаций. После высокотемпературного отпуска рентгеноструктурный анализ показал полное отсутствие аустенита в структуре. После закалки с температур 940-960^oС отмечено наличие аустенита с сплаве, при одновременном уменьшении количества фазы, которую не удалось идентифицировать, а после закалки от температур 1180-1200^oС - полное отсутствие не идентифицированной фазы и увеличение количества остаточного аустенита. Отмечено, что выделение указанной фазы приводит к росту микротвердости матрицы, что подтверждает предположение о ее карбидной природе.

Совершенствование методики количественной оценки структуры твердых сплавов при помощи программы ImageTool

ImageTool является программой обработки и анализа изображений.

Для оценки доли карбидной фазы в сплаве были использованы такие функции как Найти объект и Подсчет черных/белых пикселей. Для выполнения указанных функций реальное полутоновое изображение должно быть преобразовано в бинарное.

Подсчет черных/белых пикселей ведется на бинарном изображении, полученном после разделения по уровням яркости серого (задании порога) в исходном изображении. Диапазон изменения яркости объекта в поле зрения преобразуется в цифровое значение в интервале 0 - 255 и отображается в виде гистограммы интегрального распределения яркости.

Так как при задании порога яркости влияние на результат оказывает субъективный фактор, для качественной оценки погрешности измерений была проведена серия опытов с использованием различных вариантов задания уровня разделения.

Пики гистограммы соответствуют карбидной фазе и матрице. Поэтому, прежде всего, необходимо проводить оценку при установке нижнего порога яркости на минимальном значении между пиками. Минимум гистограммы для всех исследуемых фотографий находился в интервале 160-180. Для всех фотографий был сделан анализ при установлении порога 160, 170 и 180.

Для всех четырех способов задания порога получено разное ранжирование сплавов по количеству карбидной фазы. Так как разница в доле карбидной фазы по сплавам относительно невысока, то эту разницу можно объяснить ошибкой в задании порога яркости. Таким образом, процедура сравнения объемного содержания фаз в различных образцах может быть корректно применена только в том случае, когда интервал изменения содержания фазы превышает погрешность, связанную с неопределенностью выбора уровня разделения. Эта погрешность определяется путем последовательной оценки структуры при различных значениях уровня разделения. Альтернативным способом задания порога является визуальное определение точности очертания карбидов.

Недостатком такого метода оценки карбидной фазы является отсутствие возможности исключения из подсчета мельчайших объектов с заданной яркостью, но не являющихся карбидами по морфологии. Поэтому было предложено для построения бинарного изображения использовать функцию Найти объект, которая позволяет отфильтровывать объекты с размером меньше порогового.

Поиск объектов также ведется по уровням яркости в градациях серого: изображение сканируется до тех пор, пока не будет найден пиксель с уровнем яркости из заданного интервала, считается, что найден требуемый объект, а затем его размер определяется оценкой принадлежности соседних пикселей заданному интервалу яркости. Затем процесс сканирования продолжается.

Процедура поиска в ручном режиме начинается с задания порога яркости серого при помощи двойного скроллера .

Гистограмма построена в координатах Уровень яркости (0-255) - Относительное количество пикселей.

Дальнейший анализ найденных объектов позволяет классифицировать их по площади (с получением полихромного изображения обнаруженных и идентифицированных объектов). Переведя такое изображение в бинарное можно подсчитать процент карбидной фазы с помощью функции Подсчет черных/белых пикселей.

Главным преимуществом такого метода является возможность задания минимального количества пикселей, составляющих искомый объект.