李曉明

（天津重型裝備工程研究有限公司，天津 300457）

1 前言

定量金相學(xué)是利用體視學(xué)原理，由二維金相試樣磨面或薄膜上顯微組織的測(cè)量和計(jì)算來(lái)確定合金組織的三維空間形貌，從而建立合金成分、組織和性能間的定量關(guān)系的科學(xué)。由于金屬材料對(duì)可見(jiàn)光是不透明的，各種各樣的合金組織又十分復(fù)雜，要由金相分析的二維組織形貌定量地推證組織的三維形貌當(dāng)然十分困難[1]。而圖像分析儀的出現(xiàn)，為定量金相工作的研究與應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊的前景。它是將普通的金相顯微鏡與圖像分析儀結(jié)合起來(lái)組成的，金相定量分析系統(tǒng)可以利用計(jì)算機(jī)對(duì)所獲得的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理[2]，在材料的組織特征與材料的性能之間建立定量關(guān)系，因此在當(dāng)代的金相檢驗(yàn)中我們應(yīng)該有效利用其特點(diǎn)，更準(zhǔn)確的提供檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2 圖像分析儀的應(yīng)用

2.1 圖片處理功能應(yīng)用

2.1.1 邊界處理

此功能主要應(yīng)用于晶粒度評(píng)級(jí)檢測(cè)，包括線化邊界設(shè)置--刪除孤立邊界或刪除浮游邊界、保留邊界寬度、刪除浮游長(zhǎng)度、提取邊界（依據(jù)邊界連續(xù)性分割圖像）、粗化和細(xì)化邊界、實(shí)化和勻化邊界。經(jīng)過(guò)處理后如圖1所示，此圖像即可直接應(yīng)用圖像專(zhuān)項(xiàng)分析軟件進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)。

圖1 邊界功能處理后得到的圖像

2.1.2 篩選目標(biāo)

此功能主要應(yīng)用于分析指定特征物。軟件能夠同步監(jiān)測(cè)和現(xiàn)實(shí)圖像的各種特征和參數(shù)，包括面積、周長(zhǎng)、直徑、長(zhǎng)度等，按照這些參數(shù)篩選目標(biāo)。經(jīng)過(guò)二值分割，序號(hào)和面積（不包括空洞）篩選，得到需要的綠色特征物。

圖2 篩選目標(biāo)結(jié)果圖像

2.1.3 多相分析

此功能主要應(yīng)用于多相組織的定量分析，以研究確定每相含量對(duì)性能的影響。其功能主要依靠軟件的二值分割功能完成。圖3對(duì)MC2相進(jìn)行了二值分割，加入專(zhuān)項(xiàng)分析軟件即可得到其含量。

圖3 MC2相含量分析

2.2 專(zhuān)相分析功能

2.2.1 測(cè)量

圖像分析儀可以測(cè)定脫碳層、滲氮層及滲碳層深度。例如從表層開(kāi)始到至其組織與基體組織已無(wú)區(qū)別的那一點(diǎn)的距離即為脫碳層深度。本次試驗(yàn)以脫碳層測(cè)量為例，如圖4所示，可以直接在圖像上讀取長(zhǎng)度（如圖4所示）或在專(zhuān)項(xiàng)分析軟件中生成結(jié)果報(bào)告。

圖4 脫碳層深度測(cè)量

2.2.2 晶粒度

晶粒度評(píng)級(jí)是金相檢驗(yàn)工作中基礎(chǔ)的檢驗(yàn)項(xiàng)目，標(biāo)準(zhǔn)GB/T6394-2002規(guī)定的截點(diǎn)法(仲裁法)可獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。使用圖像分析儀的截點(diǎn)法進(jìn)行晶粒度測(cè)定，可以直接并迅速精確地求出晶粒度級(jí)別。如圖5所示，即可得到晶粒度級(jí)別、晶粒平均尺寸等結(jié)果。

圖5 晶粒度截點(diǎn)法測(cè)量圖

2.2.3 夾雜物

應(yīng)用圖像分析儀分析非金屬夾雜物級(jí)別，能夠測(cè)定非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸，直接測(cè)量同一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)多個(gè)夾雜物的總長(zhǎng)度，還可以測(cè)量夾雜物的寬度以確定其是否為超寬夾雜物。

3 對(duì)比試驗(yàn)

本文針對(duì)測(cè)量和夾雜物檢測(cè)項(xiàng)目，分別采用金相評(píng)級(jí)法和圖像分析儀檢測(cè)法，得到的檢測(cè)結(jié)果分別如表1、表2。

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4 分析討論

硫化物夾雜物測(cè)定的結(jié)果部分要比金相檢測(cè)所報(bào)的結(jié)果偏高，分析其原因有以下幾點(diǎn)：首先，硫化物夾雜物檢驗(yàn)時(shí)要求直徑80mm的視場(chǎng)中級(jí)別較大的夾雜通常貫穿整個(gè)視場(chǎng)，從圖像分析儀攝像后的視場(chǎng)可看出，在同一視場(chǎng)中夾雜物的灰度不均，而灰度不均直接影響到檢測(cè)的效果。脫碳層深度的測(cè)量結(jié)果略高于金相測(cè)量結(jié)果，主要原因是金相檢測(cè)用目鏡自帶的標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)量，最小刻度值為0.1，而圖像分析儀測(cè)量可精確到0.001，因此其準(zhǔn)確度要高。

5 結(jié)論

5.1 圖像分析儀由于它具有定量的測(cè)量手段，在鋼鐵生產(chǎn)中的金相檢驗(yàn)項(xiàng)目中,與傳統(tǒng)的金相圖片對(duì)比，特別在一些含有量概論的標(biāo)準(zhǔn)圖片，如果結(jié)果在邊緣級(jí)別時(shí)，采用圖像分析，具有相當(dāng)可靠性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

5.2 多相組織可以定量，為組織含量對(duì)機(jī)械性能影響的研究提供了必要地?cái)?shù)據(jù)。

5.3 金相分析系統(tǒng)在金相定量中的應(yīng)用，不僅拓展了金相檢驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目，并且提高了檢測(cè)質(zhì)量，能夠比普通光學(xué)顯微鏡更好地完成金相檢驗(yàn)工作。

[1]秦國(guó)友,定量金相[M].成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1987.

[2]王建萍,王家平,許建廣.數(shù)字圖像處理在定量金相分析中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2003.

[3]馮巖青,劉莉,李智麗.圖象分析儀在金相檢驗(yàn)中的定量分析應(yīng)用[J].包鋼科技,2006.

[4]朱峰,伍超群,唐維學(xué)金相分析系統(tǒng)在金相定量分析中的應(yīng)用[J].材料研究與應(yīng)用.2007.