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徕卡金相显微镜对于图像晶粒度的预处理

发布日期: 2018-10-27
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  金相分析是对金属进行研究和性能测试的重要手段,在徕卡显微镜下观察,绝大多数的金属材料是由许多细小的晶粒组成。传统的材料学理论认为,晶粒细小材料的常规力学性能如拉伸强度、韧性、塑性等均相对较好;晶粒的尺寸还会影响金属的疲劳强度。因此,在金属性能分析中,晶粒尺寸(即晶粒度)的估算显得十分重要。
 
  金属是由许多大小各异的微小晶粒组成,晶粒与晶粒之间由晶界分隔开,由于金属中的晶粒个体大小各异,而晶粒个体通常不能决定金属的性能,分析某粒晶粒的大小因而没有特别意义,晶粒度往往表征的是晶粒的平均尺寸。
 
  由于徕卡金相显微镜原始图像往往存在噪声,晶粒与晶界间大多数情况下不是很清晰,不便于计算机分析,因此,有必要在计算机自动分析前进行适当的预处理。
 
  1、晶粒计数
 
  单位面积中晶粒的数量与晶粒的尺寸有关,晶粒的大小对金属的拉伸强度、韧性、塑性等机械性质有决定性的影响。因此,晶粒的计数在金相分析中具有相当重要的意义。
 
  所谓填充剔除计数法,就是根据行或列扫描图像,当第一次碰到一个物体(白色)时,计数器加一,且将该物体填充为别的颜色(黑色),以后再扫描到该物体时,扫描程序不再将其当作物体,即该物体在一次计数后就被剔除,从而保证了该物体被计数一次。
 
  由于细化后的晶界是八连通的网状线条,因此,应用填充剔除计数法时,必须注意选用四连通的方式填充晶粒。
 
  2、晶粒度估算
 
  金属晶粒的尺寸(或晶粒度)对其在室温及高温下的机械性质有决定性的影响,晶粒尺寸的细化也被作为钢的热处理中最重要的强化途径之一。因此,在金属性能分析中,晶粒尺寸的估算显得十分重要。
 
  3、晶粒面积估算
 
  在平面图像中,晶粒的晶粒度有时由其面积来表征。晶粒的面积定义为:在数字图像中,晶粒的面积就是其所占的像素数。
 
  单个晶粒的面积没有实际意义,但一定区域中所有晶粒的平均面积却可以用来反映金相的晶粒度。其晶粒的平均面积可以用下式来粗略估算:ASG=(S-PB)/N,其中ASG代表晶粒的平均面积,S为图像的大小,PB为晶界所占的总像素,N为图像中晶粒的颗数,S=128×128,N=85,PB可由晶界跟踪算法统计获得,其值为1862,故ASG=170.8个像素。
 
  分析可知,图像边界处的许多晶粒是不完整的,将它们用在统计数据中是不精确的,往往会造成平均面积变小,因此,为了克服这一缺点,更精确的统计方法是剔除不完整的晶粒,然后求出所有完整晶粒面积的平均值。
 
  图像边界处的不完整晶粒可以这样剔除:图像向四周各扩展一个白像素点,使图像边界处的不完整晶粒成为一个连通的整体,然后将其填充为黑色。由于白色的封闭区域是晶粒,因此被填充为黑色的不完整晶粒将不被统计。
 
  4、晶粒直径估算
 
  更多时候,晶粒尺寸是由其直径来表征的。例如,许多金属的屈服应力sy和晶粒直径d之间满足Hall—Petch关系:
 
  式中s0和ky为常数。可见,晶粒直径的计算是很有必要的。
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