材科基实验_显微照相技术及材料显微组织的体视学定量析.doc

l 实验名称： 显微照相技术及材料 显微组织的体视学定量析 l 班级：#l 学号：#l 姓名：# 一 实验目的1 了解显微照相原理及构造 ，熟悉基本知识2 掌握材料显微组织中给定相的体积分数，粒子的平均截线长度，单位体积内晶界面积等参数的定量试验测估所用体视学基本原理与实际测量方法。二 实验原理采用普通光学显微镜、光学硬件接口、数码相机、计算机、应用软件完成相片成型的一系列操作。1、显微照相原理与一般照相相同。照相前必须对放大率作校正。2、图像获取原理：金相照片一般选择500以上像素数码相机来拍照。3、系统特点：1）多人同时观察图像 2）图像处理量化 3）图像保存信息化和高效率4）金相处理的经济化4、体视学：由对3D结构的截面或投影图观测获得3D结构定量信息或重建3D结构的一门科学分支;是材料组织定量形态学的基础，其中几何概率的应用是体视学的灵魂。5、图像分析技术：从图像(多为二维)中提取特定数据的技术或方法。金相技术、图像分析技术和体视学三者的有机结合有着广泛的应用前景。因此，金相和图像分析科技工作者应熟悉和掌握体视学和三维图像图形技术的基本原理、方法、操作及其正确运用。6、符号：以P、L、A、S、V、N等表示点、线、平面面积、曲面面积、体积和个数。符号中出现下标时，下标符号表示测量所用的量；而符号本身表示被测量的量。例如：PP：点的百分数，即落在测量对象上的点数除以总点数。LL：线的百分数，即在单位长度测量用线上测量对象占的长度。VV：体积百分数，即在单位体积中测量对象所占的体积。7、测量原理：1）人工计点法测量第二相的体积分数用右式计算：相对标准误差为可接受的最终测量结果，所以变异系数可用下式估算，其中为落在测量对象上的点数。 在置信度为95%的置信水平，石墨的相的体积分数为： ，其中C的值因测量次数而定。2） 人工计点法测量单位体积内相界面积，用右式计算： 相对标准误差为可接受的最终测量结果，所以变异系数可用下式估算，其中为随机测试线通过被测量的曲面所得的交点密度。P为测量时测试线与晶界线相交的总点数 在置信度为95%的置信水平，单位体积内石墨表面积为： ，其中C的值与前面相同。3） 平均截线长度由于同时涉及、两个参量，所以其相对标准误差必大于或单个测量量的相对标准误差（本实验可不计算该误差）4）根据测定的球墨体积分数估算出球铁平均成分。 (不考虑计算带来的误差）。；三 实验设备1、 样品：磨制抛光但未测蚀的球墨铸铁金样品一块（35号） 仪器 ：目镜待测试网格的金相显微镜 2、使用工具：image tool ，EXCEL四 实验步骤与相关数据记录1、 显微照相技术2、材料显微组织的体视学定量分析 1）人工计点法测第二相体积分数 将35号球墨铸铁放在显微镜下，调好焦距20*10.40,记录下球磨微粒与网格的交点，由可推得至少得测400个点，并根据每次测得的点数决定实验次数。下面表格为记录的数据。落在测试网格点上的球墨个数落在测试网格点上的球墨个数落在测试网格点上的球墨个数落在测试网格点上的球墨个数30.0833 30.0833 20.0556 20.0556 30.0833 3.50.0972 30.0833 70.1944 20.0556 6.50.1806 30.0833 20.0556 20.0556 20.0556 20.0556 2.50.0694 2.50.0694 30.0833 10.0278 20.0556 00.0000 40.1111 40.1111 1.50.0417 5.50.1528 50.1389 30.0833 20.0556 3.50.0972 5.50.1528 0.50.0139 30.0833 10.0278 10.0278 4.50.1250 60.1667 30.0833 30.0833 1.50.0417 3.50.0972 30.0833 1.50.0417 40.1111 30.0833 2.50.0694 2.50.0694 10.0278 40.1111 5.50.1528 20.0556 50.1389 30.0833 20.0556 20.0556 40.1111 60.1667 40.1111 40.1111 1.50.0417 4.50.1250 4.50.1250 10.0278 60.1667 10.0278 7.50.2083 3.50.0972 20.0556 50.1389 50.1389 30.0833 30.0833 30.0833 1.50.0417 30.0833 40.1111 2.50.0694 30.0833 20.0556 30.0833 3.50.0972 7.50.2083 30.0833 4.50.1250 20.0556 30.0833 20.0556 30.0833 20.0556 30.0833 3.50.0972 50.1389 10.0278 4.50.1250 3.50.0972 50.1389 4.50.1250 40.1111 30.0833 4.50.1250 50.1389 20.0556 0.50.0139 30.0833 30.0833 60.1667 2.50.0694 5.50.1528 40.1111 3.50.0972 10.0278 1.50.0417 70.1944 2.50.0694 30.0833 4.50.1250 2.50.0694 10.0278 20.0556 30.0833 30.0833 60.1667 60.1667 20.0556 30.0833 30.0833 30.0833 20.0556 70.1944 40.1111 20.0556 20.0556 3.50.0972 40.1111 60.1667 60.1667 50.1389 3.50.0972 4.50.1250 40.1111 1.50.0417 10.0278 6.50.1806 20.0556 2)人工计点法测量单位体积内相界面积 将该球墨铸铁放在显微镜下，保持焦距20*10.40,用标尺量的网格外边框长度：，由可推得至少得测800个点，并根据每次测得的点数决定实验次数。实验数据记录结果如下：被测试线穿过的石墨相界交点数被测试线穿过的石墨相界交点数被测试线穿过的石墨相界交点数被测试线穿过的石墨相界交点数100.0050 40.0020 80.0040 100.0050 20.0010 60.0030 100.0050 100.0050 140.0070 80.0040 140.0070 7.50.0038 40.0020 80.0040 11.50.0058 80.0040 40.0020 40.0020 20.0010 80.0040 40.0020 18.50.0093 60.0030 120.0060 140.0070 100.0050 180.0090 10.50.0053 6.50.0033 100.0050 60.0030 60.0030 40.0020 80.0040 80.0040 80.0040 40.0020 40.0020 140.0070 100.0050 4.50.0023 14.50.0073 120.0060 60.0030 60.0030 40.0020 100.0050 60.0030 60.0030 12.50.0063 4.50.0023 10.50.0053 120.0060 140.0070 60.0030 10.50.0053 80.0040 120.0060 40.0020 40.0020 40.0020 80.0040 60.0030 100.0050 100.0050 4.50.0023 6.50.0033 110.0055 6.50.0033 120.0060 80.0040 8.50.0043 120.0060 120.0060 80.0040 8.50.0043 110.0055 100.0050 80.0040 14.50.0073 110.0055 80.0040 60.0030 160.0080 80.0040 80.0040 6.50.0033 60.0030 100.0050 80.0040 120.0060 120.0060 6.50.0033 110.0055 60.0030 6.50.0033 80.0040 12.50.0063 40.0020 60.0030 80.0040 60.0030 80.0040 60.0030 160.0080 100.0050 14.50.0073 120.0060 100.0050 140.0070 80.0040 120.0060 100.0050 80.0040 60.0030 60.0030 80.0040 80.0040 90.0045 20.0010 100.0050 140.0070 10.50.0053 80.0040 100.0050 100.0050 40.0020 40.0020 4.50.0023 80.0040 8.50.0043 40.0020 40.0020 100.0050 100.0050 120.0060 140.0070 120.0060 60.0030 6.50.0033 140.0070 120.0060 60.0030 100.0050 80.0040 80.0040 60.0030 100.0050 140.0070 40.0020 160.0080 60.0030 100.0050 20.0010 8.50.0043 80.0040 3）用image tool处理图片并分析测量体积分数具体步骤如下：打开image tool软件，open imageprocessing（color-to-grayscale）manualanalysis（count black/white ） Black CountWhite CountBlack %White %Mean90692.7695739.311.5388.47Std. Dev.7889.677889.671.001.009008669634611.4688.549376569266711.9288.088434570208710.7389.279024769618511.4888.529943468699812.6487.368317270326010.5889.429721368921912.3687.649993768649512.7187.299355369287911.9088.10751757112579.5690.44五 实验数据处理1、人工计点法测第二相体积分数由实验原理可知：石墨相的体积分数为，实验步骤2-1）中已具体说明测量次数的确定。，使用EXCEL可以算出平均值为：0.0917；单个测量值的标准差为0.0447，共测量143次，即在置信度为95%下2）人工计点法测量单位体积内相界面积由实验原理得：由实验原理可知：单位体积内石墨表面积为： ，实验步骤2）中已具体说明测量次数的确定。，使用EXCEL可以算出平均值为：0.0043；单个测量值的标准差为0.0017，共测量156次即在置信度为95%下 3）平均截线长度 由实验原理7-3）并结合之前算出的 平均值可大体算出 4）根据测定的球墨体积分数估算出球铁平均成分。 5）image tool分析测量体积分数由记录的实验数据有六误差分析1、人工计点法：1试样的选取与制备的优劣，导致球墨铸铁表面的会有其他杂质影响计量结果。2显微镜分辨率的高低。同一视线范围总是无法使全部点同时清晰，使得计量的点数不准确。3有的球墨粒子会在网格附近，调焦的原因，有时清楚会算作一个，有时会算作半个，但有时也会不算，这样给结果也带来了不稳定性，影响实验结果。4用这种方法算得的较小，可能原因是数焦点时移动的范围不够广，有一部分在粒子比较散的部分。2、 image tool处理图片并分析测量体积分数 1显微照相的调焦总不能使整个视觉区域都清晰，导致拍照不清楚，影响计算机分析数据2灰度图转为黑白图时，Range的确定具有随机性，导致结果有较大出入。3image tool所用的样本只有10张较人工计数的较大样本来看，不确定性较大。4image tool软件精度问题七 实验结论1、image tool处理图片并分析测量体积分数 ：在95%置信水平下，石墨相的体积分数为：2、由人工计点法测量：在95%置信水平下，石墨相的体积分数为：在95%置信水平下，石墨相的单位体积内界面面积为：第二相平均截线长度：