Metody hodnocení struktury a vlastností

Morfologie, rozložení a množství jednotlivých fází ve struktuře a jejich chemické složení ovlivňuje mechanické vlastnosti každého materiálu, zejména litin. Litiny jsou heterogenní materiály, kdy grafit je poměrně měkký a křehký a naopak matrice vykazuje vyšší pevnost a tvrdost. Abychom dokázali definovat některé vztahy mezi vlastnostmi litin a jejich strukturou, musíme výše zmíněné parametry kvantifikovat. Tím se zabývá kvantitativní metalografie, která využívá tři druhy metod kvantifikace strukturních parametrů. Jedná se o:

  • hodnocení pomocí etalonů tzv. porovnávací metody
  • měření strukturních parametrů
  • automatické stanovení parametrů tzv. analýza obrazu

Hodnocení pomocí etalonů je jednoduchá, rychlá, ale méně přesná metoda (je subjektivní). Je založena na porovnávání hodnocené struktury se standardy ve formě etalonů (příloha norem). Tento jednoduchý postup je normovaný. Základní podmínkou je porovnávat strukturní faktory při stejném zvětšení, při kterém vznikl etalon. Hodnotí se průměrná struktura, ne žádné zvláštnosti či artefakty, zejména v leptaném stavu.

Hodnocením metalografické struktury litin se zabývá norma ČSN 42 0461 nebo ČSN EN 1560, která je rozdělena do 12 etalonů. Zabývá se hodnocením grafitu, perlitu, feritu, cementitu, fosfidového eutektika, popř. bainitu či martenzitu v litinách, viz Tab.1. Jednotlivé příklady etalonů pak znázorňují Tab. 2 až 6.

Tab. 1. Jednotlivé etalony používané při kvantitativním hodnocení litin
Strukturní fáze nebo součásti Parametr Číslo etalonové řady
Grafit Tvar 1, Obr. 11
Rozložení 2, Tab.2
Velikost 3, Tab.3
Perlit Tvar 4, Tab.4
Obsah 5, Tab.5
Disperzita 6, Tab.6
Ferit Obsah 5, Tab.5
Cementit Obsah 7
Velikost útvarů 8
Fosfidové eutektikum Typ 9
Rozložení 10
Velikost síťoví 11
Velikost útvarů 12

Tab.2. Rozložení lupínkového grafitu, etalon 2, hodnoceno dle 100x zvětšení
Označení rozložení Rozložení grafitu
A Rovnoměrné
B Růžicové
C Smíšené
D Mezidendritické neusměrněné
E Mezidendritické usměrněné

Tab.3. Velikost grafitu, etalon 3, hodnoceno dle 100x zvětšení
Označení třídy velikosti Velikost grafitu v µm
1 Nad 1000
2 500 – 1000
3 250 – 500
4 120 – 250
5 60 – 120
6 30 – 60
7 15 – 30
8 Do 15

Tab.4. Tvar perlitu, etalon 4
Označení Tvar perlitu
P1 Lamelární perlit
P2 Zrnitý perlit

Tab.5. Obsah perlitu nebo feritu, etalon 5, hodnoceno dle 100x zvětšení
Označení Obsah P% Označení Obsah F%
P Nad 98 Fe 0 Do 2
P 96 94 – 98 F 4 2 – 6
P 92 90 – 94 Fe 8 6 – 10
P 85 80 – 90 Fe 15 10 – 20
P 70 60 - 80 Fe 30 20 – 40
P 45 30 – 60 Fe 55 40 – 70
P 20 10 – 30 Fe 80 70 – 90
P 6 2 – 10 Fe 94 90 – 98
P 0 Do 2 Fe Nad 98

Tab.6. Průměrná vzdálenost lamel cementitu (disperzita), etalon 6, hodnoceno dle 1000x zvětšení
Disperzita perlitu Vzdálenost v µm
Pd 0,3 Do 0,3
Pd 0,5 0,3 – 0,8
Pd 1,0 0,8 – 1,3
Pd 1,4 1,3 – 1,6
Pd 1,6 Nad 1,6


Samotné označení jednotlivých litin dle této normy lze demonstrovat na několika příkladech.

IA4 P1 Fe80 Litina s lupínkovým grafitem, o velikosti grafitu 120 až 250 µm, rovnoměrné rozložení grafitu, s perliticko-feritickou matricí, kde je zhruba 80% feritu a perlit se vyskytuje v lamelární podobě.
60% IA5 + 40% ID7 Litina s lupínkovým grafitem, kde ze 60 % se jedná o rovnoměrné rozložení grafitu při velikosti lupínků od 60 – 120 µm a ze 40% se jedná o mezidendritické neusměrněné uspořádání o velikosti mezi 15 až 30 µm.
VI5 P1 P85 Pd0,5 Litina s kuličkovým grafitem, o velikosti kuliček od 60 do 120 µm, s lamelárním perlitem, kde ho je zhruba 85% o vzdálenosti cementitických lamel v průměru 0,5 µm.

Měření strukturních parametrů (při použití okulárových stupnic přímo při pozorování nebo na matrici mikroskopu, či na fotografii) umožňuje stanovit číselné hodnoty strukturních parametrů.

Výsledky měření strukturních parametrů jsou vlastně soubory, které se vyhodnocují statisticky. Níže jsou uvedeny metody, kterými můžeme stanovit obsah fází ve struktuře, a dále jsou popsány i na obr. 18.

  • U planimetrické metody se měří plochy ai útvarů měřené fáze uvnitř obrazce s plochou A. Obsah měřené fáze V pak je vypočten v rovnici (3).
    • rovnice (3)

  • U liniové metody se měří délky li úseček mřížky (L je celková délka sítě), které se nachází uvnitř útvarů měřené fáze, potom obsah měřené fáze V se vypočítá dle rovnice (4).
    • rovnice (4)

  • U bodové metody se stanovují počty bodů pi (body tvoří průsečíky rastru mříže s celkovým počtem bodů P), které se nachází uvnitř útvarů měřené fáze, potom obsah měřené fáze V se vypočítá dle rovnice (5).
    • rovnice (5)

    Obr. 18
    Obr. 18 Metody hodnocení obsahu fází, a) planimetrická, b) liniová, c) bodová metoda


    Automatická analýza obrazu v zásadě vychází ze stejných principů jako měření strukturních fází (předchozí metoda), ale využívá možnosti počítače a automatického zpracování dat na základě obrazové analýzy. Je méně pracná a zaručuje přesnější výsledky.

    Jedná se o metodický postup, který v sobě zahrnuje:

    1. získání obrazu (fotografie, dig. fotografie příp. jiný obrazový výstup)
    2. preprocessing (odstranění šumu, korekce ostrosti, kontrastu)
    3. segmentace obrazu (úkolem je rozklad obrazu na objekty a na pozadí)
    4. processing (analýza, výsledné zpracování dat), viz Obr. 19
    a) c)
    Obr. 19
    b) d)
    Obr. 19 Jednotlivé kroky úpravy obrazu při obrazové analýze