金相分析是對金屬進行研究和性能測試的重要手段,在徠卡顯微鏡下觀察,絕大多數(shù)的金屬材料是由許多細小的晶粒組成。傳統(tǒng)的材料學(xué)理論認為,晶粒細小材料的常規(guī)力學(xué)性能如拉伸強度、韌性、塑性等均相對較好;晶粒的尺寸還會影響金屬的疲勞強度。因此,在金屬性能分析中,晶粒尺寸(即晶粒度)的估算顯得十分重要。
金屬是由許多大小各異的微小晶粒組成,晶粒與晶粒之間由晶界分隔開,由于金屬中的晶粒個體大小各異,而晶粒個體通常不能決定金屬的性能,分析某粒晶粒的大小因而沒有特別意義,晶粒度往往表征的是晶粒的平均尺寸。
由于徠卡金相顯微鏡原始圖像往往存在噪聲,晶粒與晶界間大多數(shù)情況下不是很清晰,不便于計算機分析,因此,有必要在計算機自動分析前進行適當?shù)念A(yù)處理。
1、晶粒計數(shù)
單位面積中晶粒的數(shù)量與晶粒的尺寸有關(guān),晶粒的大小對金屬的拉伸強度、韌性、塑性等機械性質(zhì)有決定性的影響。因此,晶粒的計數(shù)在金相分析中具有相當重要的意義。
所謂填充剔除計數(shù)法,就是根據(jù)行或列掃描圖像,當*次碰到一個物體(白色)時,計數(shù)器加一,且將該物體填充為別的顏色(黑色),以后再掃描到該物體時,掃描程序不再將其當作物體,即該物體在一次計數(shù)后就被剔除,從而保證了該物體被計數(shù)一次。
由于細化后的晶界是八連通的網(wǎng)狀線條,因此,應(yīng)用填充剔除計數(shù)法時,必須注意選用四連通的方式填充晶粒。
2、晶粒度估算
金屬晶粒的尺寸(或晶粒度)對其在室溫及高溫下的機械性質(zhì)有決定性的影響,晶粒尺寸的細化也被作為鋼的熱處理中zui重要的強化途徑之一。因此,在金屬性能分析中,晶粒尺寸的估算顯得十分重要。
3、晶粒面積估算
在平面圖像中,晶粒的晶粒度有時由其面積來表征。晶粒的面積定義為:在數(shù)字圖像中,晶粒的面積就是其所占的像素數(shù)。
單個晶粒的面積沒有實際意義,但一定區(qū)域中所有晶粒的平均面積卻可以用來反映金相的晶粒度。其晶粒的平均面積可以用下式來粗略估算:ASG=(S-PB)/N,其中ASG代表晶粒的平均面積,S為圖像的大小,PB為晶界所占的總像素,N為圖像中晶粒的顆數(shù),S=128×128,N=85,PB可由晶界跟蹤算法統(tǒng)計獲得,其值為1862,故ASG=170.8個像素。
分析可知,圖像邊界處的許多晶粒是不完整的,將它們用在統(tǒng)計數(shù)據(jù)中是不的,往往會造成平均面積變小,因此,為了克服這一缺點,更的統(tǒng)計方法是剔除不完整的晶粒,然后求出所有完整晶粒面積的平均值。
圖像邊界處的不完整晶??梢赃@樣剔除:圖像向四周各擴展一個白像素點,使圖像邊界處的不完整晶粒成為一個連通的整體,然后將其填充為黑色。由于白色的封閉區(qū)域是晶粒,因此被填充為黑色的不完整晶粒將不被統(tǒng)計。
4、晶粒直徑估算
更多時候,晶粒尺寸是由其直徑來表征的。例如,許多金屬的屈服應(yīng)力sy和晶粒直徑d之間滿足Hall—Petch關(guān)系:
式中s0和ky為常數(shù)??梢?,晶粒直徑的計算是很有必要的。
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