ASTM E112: تحليل حجم الحبيبات

مقدمة

يحدد المعيار ASTM E112 قياس حجم الحبيبات في المعادن والسبائك لتحقيق الاتساق والدقة في تطبيقات علم المواد.

يتم تحديد الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك حسب حجم الحبيبات. تقوم ASTM E112 بتوحيد تقنية قياس حجم الحبيبات المهمة في مراقبة الجودة والأبحاث وهندسة المواد.

طرق تحليل حجم الحبيبات (ASTM E112)

تحدد ASTM E112 عدة طرق موحدة لتحديد حجم الحبيبات تناسب كل منها مواد محددة ودقة ومعدات متوفرة:

1. طريقة المقارنة

تتضمن هذه الطريقة مقارنة بصرية لعينة مصقولة ومحفورة مع مخططات حجم الحبيبات الخاصة بمعيار ASTM. وهي سريعة ومقبولة لمراقبة الجودة اليومية التي يكفي فيها حجم حبيبات تقريبي. على سبيل المثال، في مكونات الألومنيوم المصبوب، يمكن للمشغلين التحقق بسهولة مما إذا كان حجم الحبيبات ضمن النطاق المرغوب فيه (على سبيل المثال، ASTM G8-G12).

2. طريقة القياس المستوي (أو العد)

تقوم طريقة القياس المستوي بحساب الحبيبات في منطقة ما على المجهر. توفر طريقة القياس المستوي قياسًا أكثر كمية ودقة ومناسبة للأبحاث والتطوير والسبائك عالية الأداء. على سبيل المثال، في السبائك الفائقة القائمة على النيكل والمستخدمة في صناعة شفرات التوربينات، يضمن التحليل المستوي أن تكون الحبيبات متساوية، وهو أمر بالغ الأهمية لمقاومة الزحف في درجات الحرارة العالية.

3. الطريقة الاعتراضية (أو الخطية)

تتضمن طريقة الاعتراض رسم عدة خطوط اختبار عبر الصورة المجهرية وحساب حدود الحبيبات المتقاطعة. وهي مناسبة للغاية لأنظمة تحليل الصور المؤتمتة المعتمدة على الحاسوب بحيث يمكن أن يكون هناك قياس عالي الإنتاجية مع تقليل انحياز المشغل. وتُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في مصانع إنتاج الصلب والتيتانيوم وسبائك الألومنيوم حيث يلزم إنشاء مجموعات بيانات كبيرة للتحقق من اتساق الدُفعات.

وتتميز كل طريقة بمزايا خاصة: طريقة المقارنة سريعة وسهلة الاستخدام للفحوصات الروتينية، وطريقة القياس التخطيطي توفر بيانات دقيقة على مستوى الأبحاث، وطريقة الاعتراض هي الأنسب للأتمتة والحساب الإحصائي. تعتمد الطريقة المثالية على نوع المادة ودرجة الدقة والتطبيق المقصود.

طرق قياس حجم الحبيبات

لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).

تطبيقات تحليل حجم الحبيبات

يؤثر حجم الحبيبات تأثيرًا مباشرًا على الخواص الميكانيكية للمعادن والسبائك، وبالتالي فإن اختبار ASTM E112 ضرورة في العديد من الصناعات.

في قطاع الطيران، تحتوي شفرات التوربينات Ti-6Al-4V ذات الحبيبات الدقيقة (حوالي 10 ميكرومتر تقريبًا) على دورات إجهاد أكبر من 10⁶ دورة إجهاد عند درجة حرارة 550 درجة مئوية، بينما تقلل الحبيبات الخشنة (حوالي 40 ميكرومتر) من عمر الإجهاد بنسبة 30-40%.

ويضمن تحليل حجم الحبيبات أن تسفر المعالجات الحرارية عن بنى مجهرية موحدة للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية.

في صناعة السيارات، تقلل أحجام الحبيبات من 40 ميكرومتر إلى 10 ميكرومتر من قوة الخضوع بأكثر من 100 ميجا باسكال دون التضحية بالليونة، مما يجعل قابلية التحطم أفضل. يتحقق فحص الحبيبات من أن عمليات الدرفلة والتلدين تفي بالمواصفات.

في البناء، يحافظ الفولاذ الهيكلي ذو الحبيبات الدقيقة على الصلابة في درجات الحرارة المنخفضة، مما يقلل من احتمالية حدوث كسر هش. يتحقق اختبار ASTM E112 من أن عمليات الصب واللحام تنتج مواد متسقة وآمنة.

يعد قياس حجم الحبيبات أمرًا بالغ الأهمية أيضًا في تصميم السبائك وفي تحليل الفشل. في السبائك الفائقة القائمة على النيكل والفولاذ المقاوم للصدأ، يمكن أن يتسبب النمو غير الطبيعي للحبيبات أو التوزيع غير المنتظم في حدوث زحف أو تشقق قبل الوقت المتوقع. يتيح قياس حجم الحبيبات للمهندسين الربط المباشر بين عيوب الأداء ومعلمات العملية مثل معدل التبريد أو ظروف التشكيل.

باختصار، يوفر اختبار ASTM E112 تحققًا كميًا من البنية المجهرية مع ضمان القوة ومقاومة التعب والموثوقية في مجالات الطيران والسيارات والبناء والسبائك المتقدمة.

الأسئلة المتداولة

ما الغرض من استخدام ASTM E112؟

يستخدم ASTM E112 لقياس حجم حبيبات المعادن والسبائك لتحديد خواصها الميكانيكية.

ما أهمية حجم الحبيبات في المعادن والسبائك؟

يؤثر حجم حبيبات المعادن والسبائك على قوتها وصلابتها وليونتها، مما يؤثر على أدائها في مختلف التطبيقات.

ما هي الصناعات التي تستخدم ASTM E112 بانتظام؟

تستخدم صناعات مثل صناعة الطيران والسيارات والإنشاءات ASTM E112 بانتظام لمراقبة الجودة وابتكار المواد.

ما هي الطرق الرئيسية الواردة في ASTM E112؟

يقدم المعيار طريقة المقارنة وطريقة القياس المسطح وطريقة الاعتراض لقياس حجم الحبيبات.

هل تغطي ASTM E112 جميع المعادن والسبائك؟

نعم، إن المواصفة القياسية ASTM E112 عامة ويمكن تطبيقها على مجموعة من المواد المعدنية، مما يعطي قياسات سليمة لحجم الحبيبات لجميع الأنواع.