Значение электронной микроскопии для обнаружения дефектов в литье

Применение электронной микроскопии в обнаружении дефектов железных литьев принесло революционные прорывы в литьевой промышленности, позволяя точный контроль качества и оптимизацию процесса на микроскопическом уровне. Его ценность проникает в множество измерений, включая анализ дефектов, улучшение процессов, контроль качества, инновации в области НИОКР и стандартизацию промышленности. В частности, это отражается в следующих аспектах:

1. Точная диагностика дефектов и сниженные риски качества

1) Точное определение типа дефекта

Традиционные методы осмотра (например, визуальный осмотр и рентгеновские лучи) могут выявлять только макроскопические дефекты. Однако электронная микроскопия с помощью изображения с высоким разрешением (разрешение SEM 1-10 нм, разрешение TEM до атомного уровня) может четко различать морфологические характеристики микроскопических дефектов, таких как поры, сужение, шлаковые включения и холодные закрытия.  

Тематическое исследование: на поверхности легкого железного литья появилась трещина. Наблюдения SEM показали, что трещина распространялась вдоль границы зерна. В сочетании с анализом ЭДС было подтверждено, что хрупкий перелом был вызван сегрегацией фосфора на границе зерна, а не напряжением литья или неправильной тепловой обработкой. Это послужило основой для целенаправленных улучшений.  

2) Глубокий анализ причин дефектов

Электронный микроскопический анализ в сочетании с анализом композиции (EDS / WDS) и структурной характеристикой (дифракция TEM, HRTEM) может выявить аномалии химического состава и кристаллической структуры дефектов.  

Исследование случая: железные литья компании часто испытывали дефекты включения шлака. Анализ SEM-EDS показал чрезмерное содержание FeO в включениях шлака. Дальнейшие наблюдения ТЭМ подтвердили, что FeO присутствовал в виде лушек на границах зерна. Корневая причина была в конечном счете определена как неполное плавление вакцинации. Компании были предоставлены руководящие указания по корректировке процесса вакцинации, в результате чего уровень включения шлака снизился на 90%.

2. Руководство по оптимизации процесса для повышения эффективности производства

1) Точный контроль параметров процесса литья

Результаты анализа электронной микроскопии обеспечивают прямую обратную связь с ключевыми этапами процесса, такими как конструкция системы ворот, выбор вакцинации и контроль скорости охлаждения.  

Тематическое исследование: При производстве корпуса двигателя SEM показал, что дефекты включения шлака были связаны с прививкой в потоке. Переход на постпечевую прививку и корректировку размера зерна привели к увеличению урожайности на 98% и сокращению времени производственного цикла на 20%.

2) Исследование корреляции между материальными свойствами и дефектами

В сочетании с анализом TEM фазного состава и кристаллической структуры можно установить количественную модель взаимоотношений дефекта-производительности-процесса.

Тематическое исследование: во время разработки высокопрочного железного литья TEM выявил соответствующую связь между размером графитного узла и содержанием перлита в матрице. После оптимизации процесса тепловой обработки прочность на растяжение увеличилась на 15%, в то время как удлинение оставалось стабильным.

3. Усовершенствование системы контроля качества и содействие стандартизации промышленности

1) Стандарты количественного определения дефектов

Электронный микроскопический анализ обеспечивает отрасли единое описание и определение микроскопических характеристик дефектов, таких как:

пороговое соотношение площади включения шлака (например, ≤0,5%);

Диапазон распределения диаметра пор (например, ≤50 мкм);

Стандарты классификации пористости сужения.

Значение стандарта: "Метод электронного микроскопического анализа для обнаружения дефектов железных литьев" (T/CFA 0198-2025), выпущенный Китайской ассоциацией литьевых заводов, заполняет внутренний пробел, делая результаты испытаний сопоставимыми и отслеживаемыми и обеспечивая научную основу для арбитража споров о качестве. 2) Полный мониторинг качества процесса

Электронный микроскопический анализ может применяться к проверке сырья (например, анализу загрязнений заряда), контролю процесса (например, обнаружению пленки оксида плавления) и приему готового продукта (например, анализу переломов от усталости), создавая систему управления качеством в закрытом цикле.

Тематическое исследование: компания использовала SEM для анализа морфологии включений в поступающее сырье, скрининга на низкокислородное сырье и снижения скорости крекинга водородом из литьев с 3% до 0,1%.

4. Руководствованные НИОКР и инновациями, чтобы прорвать технические узкие места

1) Поддержка разработки новых материалов

Электронная микроскопия обеспечивает микроструктурную конструкционную основу для разработки новых материалов, таких как легкое чугуно (например, гибкое чугуно ADI) и высокотеплопроводное чугуно.

Тематическое исследование: во время разработки высокотеплопроводного чугуна TEM использовался для наблюдения за воздействием интерфейсного соединения между графитными узлами и матрицей на теплопроводность. Это привело компанию к оптимизации графитной морфологии путем корректировки эквивалента углерода, что привело к улучшению теплопроводности на 20%.

2) Обновление технологии анализа сбоев

В сочетании с методами электронной микроскопии in situ (такими как стадии нагрева/растяжения) может быть достигнуто динамическое наблюдение эволюции дефекта в условиях обслуживания, обеспечивая поддержку данных для прогнозирования срока службы продукта и проектирования надежности. В ходе анализа переломов литья ветровой турбины наблюдения SEM на месте показали трещины, простирающиеся вдоль краев графитных сфер под переменными нагрузками. Это привело к руководству компании по укреплению матричного графитного интерфейса посредством тепловой обработки, что привело к утройному увеличению срока усталости.

5. Расширение экономических и социальных выгод

1) Прямые экономические выгоды

Снижение уровня дефектов: после улучшения процесса, руководствуясь анализом электронной микроскопии, компания уменьшила ежегодные потери лома более чем на 5 миллионов юаней.

Улучшение эффективности производства: после оптимизации процесса время производства единицы сократилось на 15%, а годовая производственная мощность увеличилась на 10%.

Улучшение удовлетворенности клиентов: повышение надежности продукта привело к снижению на 40% жалоб клиентов и увеличению на 25% объема заказов.

2) Социальные льготы

Содействие технологическому прогрессу в промышленности: широкое применение электронной микроскопии позволило малым и средним предприятиям овладеть высококачественными технологиями тестирования, сокращая разрыв с передовыми международными стандартами.

Содействие экологически чистому производству: благодаря точному контролю дефектов снижаются материальные отходы и потребление энергии, что помогает литьевой промышленности достичь своих целей по сокращению выбросов углерода.

Вывод:

Электронный микроскопический анализ стал основным инструментом в переходе литьевой промышленности от «основанного на опыте» к «основанному на данных» подходу. Его ценность заключается не только в его «микроскопическом» понимании дефектов, но и в обеспечении научной основы для принятия решений в оптимизации литьевого процесса, разработке новых материалов и контроле качества через анализ корреляции между микроструктурой и макроскопическими свойствами. Благодаря интеграции анализа с помощью ИИ и электронной микроскопии in situ анализ электронной микроскопии будет играть большую роль в интеллектуальном и зеленом развитии литьевой промышленности, подталкивая Китай из крупной литьевой страны в мощную.