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图像分析仪在金相检验中的应用1前言 近年来，随着计算机技术和体视学的发展，图像分析仪被广泛地应用于金相分析中，使传统的金相分析技术从定性或半定量的工作状态逐步向定量金相分析方向发展。 在冶金系统的工业生产和科学研究中需要进行大量的多品种的钢铁材料显微组织和低倍组织的观测及评级工作。多年来，金相试验人员一直从金相试样抛光表面上通过金相显微镜观察来定性地描述金属材料的显微组织特征或采用与各种标准图片比较的方法评定显微组织、晶粒度、非金属夹杂物、脱碳层等，这种方法精确性不高，评定时评级结果带有很大的主观性，在很大程度上依赖于试验人员的个人经验和工作状态，易导致较大的系统误差或人为误差。特别在出现边缘结果时亦难以有效地仲裁。 由于金属材料中的显微组织和非金属夹杂物等并非均匀分布，因此任何一个参数的测定都不能只靠人眼在显微镜下测定一个或几个视场来确定，需用统计的方法对足够多的视场进行大量的统计工作，才能保证测量结果的可靠性。如果仅靠人的眼睛在显微镜上进行目视评定，其准确性、一致性和重现性都很差，而且测定速度很慢，有些甚至因工作量过大而无法进行。图像分析仪以先进的电子光学和电子计算机技术代替人眼观察及统计计算，可以迅速而准确地进行有统计意义的测定及数据处理，同时具有精度高、重现性好，避免了人为因素对金相评定结果的影响等特点，而且操作简便，可直接打印测量报告，目前已成为定量金相分析中不可缺少的手段。2 图像分析仪在金相分析中的应用2.1 侧定显微缘织的含量定量地测定金属材料中的显微组织的百分比等参数，并研究其对机械性能的影响是图像分析仪在金相分析中的主要用途之一。例如：测定灰铸铁、球铁、铸钢及低碳钢中的铁素体和珠光体的百分比;双相钢中的马氏体与铁素体的百分比;参碳淬火硬化层等。使用图像分析仪的能很方便地完成这些工作。若对某种材料的不同基体组织进行定量金相分析，并与其机械性能对照，可深人研究显微组织与机械性能之间的定量对应关系。2.2 测定脱碳层、渗碳层深度 测定脱碳层及渗碳层深度：首先测定基体组织的铁素体含量，然后在屏幕上划一条平行于表面并可移动的直线，计算通过该直线的铁素体含量，随着直线向心部移动，当找到与基体组织中铁素体含量相符的区域时，该直线距表面的距离即为脱碳层或渗碳层深度。2.3 晶拉度的测定 测量晶粒度是金相检验工作中经常进行的检验项目。多年以来的检测方法是参照有关标准中的标准图片，采用与标准图片相比较的方法评定出晶粒度级别，此方法简便、速度快，但主观上的误差也比较大。若采用标准GB/T6394一1986规定的另外两种方法，即面积法和截点法（仲裁法），虽然可获得准确的测量结果，但这两种方法使用起来很不方便，过程繁琐。如果使用图像分析仪采用截点法进行晶粒度测定，则可以直接而迅速地求出晶粒度级别。 截点法是通过统计给定长度的测量网格上的晶界截数来测定晶粒度的，其晶粒度级别指数 G的计算公式为：G= -3.2877+ 6.6439Lg（M x N/L） 式中L所使用的测量网格长度（mm） M观察用的放大倍数 N测量网格L上的截点数 LM为已知数，只需测得N，图像分析仪就可以得出晶粒度级别。在实测工作时，由于晶粒内部可能存在各种析出物以及因腐蚀控制不当而造成晶界断裂，将准确测定带来一定的困难，需采用图像分析仪中的腐蚀与膨胀功能，去除晶粒内的析出物和对晶界进行重建，以得到完整的晶粒图像。 图像分析仪所拥有的“晶粒度评级”软件均是采用GB/T6394一1986中的截点法作为晶粒度评定方法。2.4 测定非金属夹杂物 图像分析仪用于分析非金属夹杂物，主要在两方面：其一为测定非金属夹杂物的数量、形态、尺寸、分布等参数，研究夹杂物与机械性能之间的定量关系;其二是根据GB/T10561一1989标准评定钢中非金属夹杂物级别。 根据GB/T105611989标准编制而成的夹杂物评级软件，其主要功能可对所要测定的夹杂物，依据GB/T105611989标准中规定的4类夹杂物进行分类，然后参照标准给予评级。3 试验对比 试验是采用金相评级法和图像分析仪定量法两种方法对比检测。 本次试验共对钢中晶粒度、夹杂物、脱碳层进行对比测试。 表1 晶粒度对比结果编号 金相评级法检测 图象分析仪检测01 8.0 8.502 8.0 7.003 7.0 8.004 8.0 8.505 8.0 8.5表2 硫化物夹杂物对比结果编号 金相评级法检测 图像分析仪检测 硫化物形状 （面积/mm 2）01 2.0 1.37x10-3 呈细条每条灰度不一样02 2.0 2.944x10-3 条状、条短而粗03 2.0 0.916x10-3 细条状、灰度均匀表3 硫化物夹杂对比结果编号 金相评级法检测 图像分析仪检测 夹杂物形状 （面积/mm 2）01 4.0 6.646x10-3 堆聚或贯穿视场的长条02 4.0 3.939x10-3 贯穿视场较细长条03 2.0 2.078x10-3 没有堆聚现象呈现04 4.0 5.790x10-3 堆聚成粗条贯穿视场灰度大表4 脱碳层深度对比结果编号 金相测深度 图像分析仪检测度 偏差值 01 0.84 0.87 +0.0302 0.42 0.46 +0.0403 0.98 0.91 -0.0704 0.50 0.53 +0.0305 0.70 0.71 +0.014 结果分析与讨论4.1 晶拉度的测量总体上看略高于金相对比检验所测的结果，经分析有以下几点影响因素：正常生产检验对8级以上的级别一般不报，最高报8级，所以图像仪检测的级别就显高一些；此图像仪的检测是靠人为的控制，受视野变化的限制，仍存在一定的误差。4.2 氧化物、硫化物夹杂物测定的结果部分要比金相检测所报的结果偏高，分析其原因有以下几点：首先，氧化物、硫化物夹杂物检验时要求直径在80mm的视场中，级别较大的夹杂通常贯穿整个视场，从图像分析仪摄像后的视场可看出，在同一视场中夹杂物的灰度不均，而灰度不均直接影响到检测的效果。其次，夹杂物的氧化物的灰度与磨坑的灰度相近，由于显微镜的分辨率问题，不易区别，测量时受到影响。此外，目前金相检验在执行 YB/T968标准时，对夹杂物的粗细状态不做主要考虑因素，而是看夹杂物的长短，是否贯穿视场，所测的试样，硫化物夹杂就短而粗，所测的面积就大，级别比金相检测所报的级别有明显偏高。5 结论 （1）图像分析仪由于它具有定量的测量手段，在钢铁生产中的金相检验项目中，与传统的金相图片对比，特别在一些含有量概论的标准图片，如果结果在边缘级别时，采用图像分析，具有相当可靠性、准确性和科学性。 （2）采用图像分析仪分析要求试样制备精细，尤其是夹杂物试样研磨时要防止夹杂物脱落。特别对测量形状规则、灰度较均匀的组织或夹杂其结果准确度高;对细小颗粒或聚集成堆的组织，夹杂测量时准确度差些。（3）由于图像分析与摄像的灰度有直接影响关系，所以要求试样的腐蚀，显微镜的光学调整系统等方面操作时都应控制在一个较佳的状态。参考文献1.王建萍,王家平,许建广; 数字图像处理在定量金相分析