圖像分析儀在金相定量分析中的應(yīng)用

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量和計算來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)。由于金屬材料對可見光是不透明的，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)合起來組成的，金相定量分析系統(tǒng)可以利用計算機對所獲得的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行分析和處理[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)代的金相檢驗中我們應(yīng)該有效利用其特點，更準(zhǔn)確的提供檢測數(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)用于晶粒度評級檢測，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、實化和勻化邊界。經(jīng)過處理后如圖1所示，此圖像即可直接應(yīng)用圖像專項分析軟件進行晶粒度評級。

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)測和現(xiàn)實圖像的各種特征和參數(shù)，包括面積、周長、直徑、長度等，按照這些參數(shù)篩選目標(biāo)。經(jīng)過二值分割，序號和面積（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MC2相進行了二值分割，加入專項分析軟件即可得到其含量。

圖3 MC2相含量分析

2.2 專相分析功能

2.2.1 測量

圖像分析儀可以測定脫碳層、滲氮層及滲碳層深度。例如從表層開始到至其組織與基體組織已無區(qū)別的那一點的距離即為脫碳層深度。本次試驗以脫碳層測量為例，如圖4所示，可以直接在圖像上讀取長度（如圖4所示）或在專項分析軟件中生成結(jié)果報告。

圖4 脫碳層深度測量

2.2.2 晶粒度

晶粒度評級是金相檢驗工作中基礎(chǔ)的檢驗項目，標(biāo)準(zhǔn)GB/T6394-2002規(guī)定的截點法(仲裁法)可獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果。使用圖像分析儀的截點法進行晶粒度測定，可以直接并迅速精確地求出晶粒度級別。如圖5所示，即可得到晶粒度級別、晶粒平均尺寸等結(jié)果。

圖5 晶粒度截點法測量圖

2.2.3 夾雜物

應(yīng)用圖像分析儀分析非金屬夾雜物級別，能夠測定非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸，直接測量同一個視場內(nèi)多個夾雜物的總長度，還可以測量夾雜物的寬度以確定其是否為超寬夾雜物。

3 對比試驗

本文針對測量和夾雜物檢測項目，分別采用金相評級法和圖像分析儀檢測法，得到的檢測結(jié)果分別如表1、表2。

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4 分析討論

硫化物夾雜物測定的結(jié)果部分要比金相檢測所報的結(jié)果偏高，分析其原因有以下幾點：首先，硫化物夾雜物檢驗時要求直徑80mm的視場中級別較大的夾雜通常貫穿整個視場，從圖像分析儀攝像后的視場可看出，在同一視場中夾雜物的灰度不均，而灰度不均直接影響到檢測的效果。脫碳層深度的測量結(jié)果略高于金相測量結(jié)果，主要原因是金相檢測用目鏡自帶的標(biāo)尺進行測量，最小刻度值為0.1，而圖像分析儀測量可精確到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量手段，在鋼鐵生產(chǎn)中的金相檢驗項目中,與傳統(tǒng)的金相圖片對比，特別在一些含有量概論的標(biāo)準(zhǔn)圖片，如果結(jié)果在邊緣級別時，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，為組織含量對機械性能影響的研究提供了必要地數(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的檢測項目，并且提高了檢測質(zhì)量，能夠比普通光學(xué)顯微鏡更好地完成金相檢驗工作。

[1]秦國友,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,2003.

[3]馮巖青,劉莉,李智麗.圖象分析儀在金相檢驗中的定量分析應(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.