Záróvizsga szakdolgozat Mérési bizonytalanság meghatározásának módszertana metallográfiai vizsgálatoknál Kivonat Csali-Kovács Krisztina Minőségirányítási szakirány 2006 1
1. Bevezetés 1.1. A dolgozat célja A szakdolgozat témájaként az ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft. kijelölt vizsgálatára a mérési bizonytalanság meghatározását tűztük ki célul. A dolgozat a metallográfiai vizsgálattal foglalkozik, azon belül a fémek szemcsenagyságának meghatározásával. Ismertetetésre kerül a szemcsenagyság meghatározásához a minta előkészítésének folyamata, valamint a folyamatelemek bizonytalansági tényezői. A dolgozat bemutatja a metallográfiai vizsgálatra jellemző mérési bizonytalanság meghatározásának lehetséges módját, kidolgozásra kerül a mérési bizonytalanság számszerű értéke a fémek szemcsenagyságának meghatározására. 1.2. Az ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft. bemutatása Az ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft. 1996-ban jött létre. A munkatársak nagy tapasztalattal, sokéves gyakorlattal rendelkező szakemberek. A laboratórium célja a függetlenség, pártatlanság mellett az igényes szakmai színvonal fenntartása, emelése. Az ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft. tevékenységei: roncsolásos anyagvizsgálatok roncsolásmentes anyagvizsgálatok vízkémiai vizsgálatok ipari beruházások gyártási- és szerelési munkáihoz kapcsolódó független műszaki felügyelet komplex állapotfelmérő vizsgálatok káresetelemzés 2
2. Az elvégzett munka lépései 2.1. A minta előkészítésének folyamata és a folyamatelemek bizonytalansági tényezőinek feltérképezése A fémek szemcsenagyságának meghatározásához a mintadarab különböző előkészítési fázisokon esik át annak érdekében, hogy a vizsgálat lefolytatható legyen. Minden egyes előkészítési fázis különböző bizonytalansági tényezőket tartalmaz, ezeknek a tényezőknek az azonosításával megtudhatjuk, hogy a tényező minőségileg vagy mennyiségileg befolyásolja a vizsgálat lefolytatását. A minőségileg befolyásoló bizonytalansági tényezők sok esetben a mintadarabot vizsgálatra alkalmatlanná teszik, ezért ezek a szemcsenagyság alakulására nincsenek befolyással. A mennyiségileg befolyásoló bizonytalansági tényezők különböző befolyással lehetnek a szemcsenagyság alakulására, ezért ezeknek a tényezőknek a hatását vizsgáljuk. Az előkészítési folyamat minden esetben mintavétellel kezdődik. Az anyag méretének és tulajdonságainak megfelelően szükséges a mintákat kivenni. Nagyon fontos, hogy a kivett minta az egész mennyiség átlagos tulajdonságait tükrözze vissza. A minta kivétele közben keletkező hő az anyag szövetszerkezetében kristályszerkezeti átalakulást okozhat, ezért a mintát a hő által befolyásolt szövetszerkezettől minél távolabbról célszerű kivenni. A kivett minta méretét a próbatest méretéhez és a vizsgálat kimeneteléhez szükséges megválasztani, ügyelni kell arra, hogy a minta ne legyen túl kicsi, mert az a továbbiakban nehezebben lesz kezelhető. Következő előkészítési fázis a beágyazás vagy befogás. A minta mérete dönti el, hogy szükséges-e beágyazni a mintát, vagy elegendő csak keretbe befogni. Az anyag minőségéhez kell megválasztani a beágyazás módszerét, illetve a beágyazáshoz használt beágyazó anyagot. Nagyon fontos a kiértékelés szempontjából, hogy a mintadarab és a beágyazó anyag között ne maradjon hézag, ahová a marószer befolyhat. A következő lépésben a mintadarab sík felületét kell kialakítani először durva csiszolással, majd fényesítéssel. Itt is a vizsgálandó anyag minőségéhez célszerű csiszoló, illetve polírozó eszközt választani, az anyag felületi milyenségéhez szükséges ideig csiszolni, illetve fényesíteni. Ha a csiszolás, illetve a fényesítés után a minta felülete karcos marad, a műveletet 3
meg kell ismételni. Ennél a folyamatelemnél is számolnunk kell hőfejlődéssel, ezért biztosítani kell a csiszolat folyamatos hűtését. A következő folyamatelem a kiértékelhetőség szempontjából talán a legfontosabb, ugyanis egy rosszul megválasztott maratószer, vagy nem megfelelő ideig történő maratás a kristályszerkezetet nem a maga valójában tárja elénk, így a szemcseméretet illetően téves következtetéseket vonhatunk le. Ezért nagyon fontos az anyag szerkezetéhez megfelelő maratószer kiválasztása és a felület megfelelő ideig történő maratása. Ha a felületet esetleg túlmaratjuk, abban az esetben a felület újracsiszolása után a maratást még egyszer el kell végezni. Egy gyakorlott szakember a felület viselkedése alapján képes eldönteni, hogy szükséges-e még tovább maratni az anyagot. Az előkészítés befejezése után az anyag a kiértékelőhöz kerül, aki megfelelő nagyítás mellett elvégzi a vizsgálatot. Olyan mértékű nagyítás célszerű választani, ami elég nagy ahhoz, hogy a szövetszerkezet jól látható legyen, és elég kis mértékű ahhoz, hogy a kapott tulajdonság az egész anyagra nézve reprezentatív legyen. A kiértékelés különböző módszerekkel történhet, a módszer is befolyásolhatja a vizsgálat eredményét, de egy megfelelően gyakorlott szakember bármelyik módszer alkalmazásával képes közel azonos eredményeket produkálni. Mivel a kiértékelési módszerek nagy része szubjektív döntésen alapszik (szemcsenagyság meghatározása összehasonlító képsorozat alapján), ezért a végeredmény szempontjából a kiértékelő személy gyakorlottsága is befolyásoló lehet. 2.2. A potenciális bizonytalansági tényezők kiválasztása A lehetséges bizonytalansági tényezők azonosításával megtudtuk, hogy az egyes tényezők hogyan befolyásolják a vizsgálatot. Vannak olyan tényezők, amelyek befolyásolják a szemcseméret alakulását. A többi bizonytalansági tényező is befolyásolja magát a vizsgálat lefolytatását, de mivel ezek a tényezők nem megfelelő alkalmazása a mintadarabot kiértékelhetetlenné teszik, ezért a mérési bizonytalanság meghatározásánál ezeket a tényezőket figyelmen kívül hagyjuk. 4
A feltárt befolyásoló tényezők hatásának ismeretében azt állapíthatjuk meg, hogy a szemcsenagyság alakulását az alábbi tényezők befolyásolják: mintavétel helye maratás ideje kiértékelő személy gyakorlottsága. 2.3. Vizsgálatok megtervezése és lefolytatása A mérési bizonytalanság meghatározásához a vizsgálatokat az ÁEF Anyagvizsgáló Laboratórium Kft. vizsgáló laboratóriumában végeztük el. Első lépésben végiggondoltuk a folyamatot, majd megterveztük a vizsgálat menetét, nagy hangsúlyt fektetve a potenciális bizonytalansági tényezőkre. Összesen három mintát vettünk ki vizsgálatra a próbadarab három különböző helyéről. A vizsgálatokat úgy végeztük el, hogy mindig csak egy-egy tényezőt változtattunk, így a három szemcsenagyságot befolyásoló tényezőt figyelembe véve összesen hat vizsgálatot végeztünk el, ebből hat értéket kaptunk (1. ábra). Ebből a hat értékből a standard bizonytalanság B-típusú értékelésével számítottuk ki a fémek szemcsenagyságának meghatározására a mérési bizonytalanság értékét. Gyakorlottság A nagy gyakorlattal rendelkező mérési sorozatai A kis gyakorlattal rendelkező mérése A maratás mértéke Gyengén maratott Jólmaratott Túlmaratott Közvetlen közelében SZ 1 Közel a szélhez SZ 2 Távol a széltől K A lángvágott széltől való távolság 1. ábra: A mérési sorozatok és a változtatott paraméterek 5
2.4. A mérési bizonytalanság meghatározása A vizsgálatok elvégzése után kiszámoltuk a fémek szemcsenagyságának meghatározására jellemző mérési bizonytalanság értékét. A mérési bizonytalanság értékét a standard bizonytalanság B-típusú értékelésével kaptuk. Mivel kevés adat állt rendelkezésünkre, az egyes befolyásoló tényezők változtatásával kapott fokozatszámok terjedelmét vettük alapul. 6