CN107464248A - 用于各向异性组织和夹杂物自动定量评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于各向异性组织和夹杂物自动定量评价的方法，属于金相检验分析技术领域。该方法包含图片读入、图片二进制化、将图中的干扰项消除优化、设置网格步长、自动计算网格交点、输出评价参数等步骤。本发明和现有技术相比取得以下效果：采用计算机自动定量评级，大大降低了人力消耗，提高了检验效；排除检测人员的主观判定误差。
Description
技术领域
本发明属于金相检验分析技术领域，尤其涉及一种用于各向异性组织和夹杂物自动定量评价的方法。
背景技术
各向异性组织和夹杂物普遍存在于棒线材及板材产品中，对产品的性能影响较大。因此各国形成了自己的国家标准。国际上各向异性组织和夹杂物评级有两大体系。一是采用标准图片对比法。该方法将试样上的金相组织与图谱相对照，粗略估计与图片最接近的级别。该方法也分为两大体系：一种是以我国、前苏联为主的最严重视场评级法，即浏览整个抛光面后，记录其中一个最严重级别；另一种方法是以欧洲德国DIN标准为代表的平均级别评级法，即记录整个抛光面的级别及出现的视场数，然后计算平均级别。第一种方法是以一点定全局，对其合理性国际国内早有人提出了质疑。后一种方法比第一种方法合理，但一个试样几十个甚至上百个视场的繁琐的测试与记录，又大大增加了测试人员的劳动强度。对比法评级受工作经验、理解程度等因素的影响，操作人员之间、地区之间常引起争议。另一大体系是以美国ASTM E1268-01标准为代表的体视学方法测定和评价钢中各向异性组织和夹杂物的方向性程度，该标准测试原理运用类似于晶粒度测定中的直线网格截点法及数理统计的计算方法实现钢中各向异性组织级别及方向性程度的定量评级，应该说这种方法更具科学性。
定量评定方法减少了国标GB/T13298-91比较法中人为经验因素及视场差异所带来的误差，具有很强的科学性及数理统计意义，缺点是所需测量视场数较多，测量数据多，检测速度较慢。如有专门评级软件，或可提高检测速度。
综上所述，目前尚没有一种自动定量评价各向异性组织和夹杂物的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于各向异性组织和夹杂物自动定量评价的方法，以便于提高工作效率，降低人力消耗，排除检测人员的主观判定误差。为了实现自动定量评价，自主开发一个软件。该软件实现各向异性组织和夹杂物自动定量评价方法的过程如下：
1)读取金相图片
首先将各向异性组织或夹杂物的金相或者电镜照片读入自主开发的软件中，如图1所示。
2)图片二进制化
设置灰度阀值，将灰度阀值设置为图片的平均灰度，当像素的灰度值大于等于平均灰度值时，将像素设为黑色，当像素的灰度值小于平均灰度值时，将像素设为白色，从而将图像转化成二进制图，如图2所示。
3)图像优化
二维化后的图像中有很多干扰项，如晶界，极小的颗粒状组织、夹杂物等，这样对检测结果影响较大。利用滤波、线性膨胀的方法，将图中的干扰项消除。优化后的图像如图3所示。
4)设置网格参数
根据标尺，计算图片每个像素点代表的长度。网格步长小于标尺尺寸。网格设置如图4所示。
5)自动计算网格交点
分别计算水平线、竖直线和组织或夹杂物的交点。线段穿过组织或夹杂物记为2个交点；线段终止于组织或夹杂物内部或者与其相切记为一个交点。利用计算机实现该过程的自动计算，算法如下：设置一个计数器，记录交点数；设置一个开关值并设置为0、1变化，设置循环，从第一行的第一个像素点开始循环到最后一行的最后一个像素点结束，当像素的值不等于开关值时，计数器加1，同时开关值发生变换；设置一个距离计数器来考虑相切的情况，当开关值为1，且距离计算器小于0.1个网格间距，则认为线段与组织或夹杂物相切；当每一行结束时开关值为1，则认为线段终止于组织或夹杂物内部。通过这个算法，即可计算出水平线、竖直线和组织或夹杂物的交点数。
6)输出评价参数
将水平和竖直交点数量代入ASTM E1268-01的公式中即可计算出：各向异性指数、取向变形等级、平均带宽、平均自由程等四个参数。
本发明和现有技术相比取得以下效果：①本方法采用计算机自动定量评级，大大降低了人力消耗，提高了检验效率。②排除检测人员的主观判定误差。
附图说明
图1金相组织的原始图片。
图2二进制图片。
图3优化后的图片。
图4定量评价网格分布。
图5齿轮钢20CrMnTiH热轧棒材的带状组织原始图片。
图6齿轮钢20CrMnTiH热轧棒材的带状组织的二进制图片。
图7齿轮钢20CrMnTiH热轧棒材的带状组织的优化后图片。
图8齿轮钢20CrMnTiH热轧棒材的带状组织的定量评价网格分布。
图9齿轮钢20CrMnTiH热轧棒材的带状组织原始图片。
图10易切钢1215热轧棒材的带状组织的二进制图片。
图11易切钢1215热轧棒材的带状组织的优化后图片。
图12易切钢1215热轧棒材的带状组织的定量评价网格分布。
具体实施方式
实施例1
用于齿轮钢20CrMnTiH的带状组织定量评定。试样取自规格为φ55mm的20CrMnTiH热轧棒材的中心部分。沿纵向切开，研磨、抛光、侵蚀，用金相显微镜照相。金相照片如图5所示。由于中心偏析导致中心的碳含量高于名义碳含量，图像的珠光体高于相图计算的珠光体含量，因此用图像的灰度值来确定阀值，阀值为0.57。二进制化后的图片如图6所示。滤波和线性膨胀优化后的图像如7所示。将网格尺寸设为20μm，如图8所示。计算得到的各向异性指数、取向变形等级、平均带宽、平均自由程分别为3.49、0.61、23.7μm、12.3μm。
实施例2
用于易切削钢的硫化物夹杂定量评定。试样取自规格为φ38mm的易切削钢1215热轧棒材的中心部分。沿纵向切开，研磨、抛光、侵蚀，用金相显微镜照相。金相照片如图9所示。由于不确定夹杂物含量，因此用图像的灰度值来确定阀值，阀值为0.6。二进制化后的图片如图10所示。滤波和线性膨胀优化后的图像如11所示。将网格尺寸设为20μm，如图12所示。计算得到的各向异性指数、取向变形等级、平均带宽、平均自由程分别为11.1、0.87、105μm、101μm。
以上两个实施例表明，本发明可以快速的自动定量评级各向异性组织、夹杂物，获得其各向异性指数、取向变形等级、平均带宽、平均自由程。
Claims (1)
1.一种用于各向异性组织和夹杂物自动定量评价的方法，其特征在于，工艺步骤如下：
1)读取金相图片
首先将各向异性组织或夹杂物的金相或者电镜照片读入自主开发的软件中；
2)图片二进制化
设置灰度阀值，将灰度阀值设置为图片的平均灰度，当像素的灰度值大于等于平均灰度值时，将像素设为黑色，当像素的灰度值小于平均灰度值时，将像素设为白色，从而将图像转化成二进制图；
3)图像优化
二维化后的图像中有很多干扰项，包括晶界，极小的颗粒状组织、夹杂物，这样对检测结果影响较大；利用滤波、线性膨胀的方法，将图中的干扰项消除；
4)设置网格参数
根据标尺，计算图片每个像素点代表的长度，网格步长小于标尺尺寸；
5)自动计算网格交点
分别计算水平线、竖直线和组织或夹杂物的交点。线段穿过组织或夹杂物记为2个交点；线段终止于组织或夹杂物内部或者与其相切记为一个交点；利用计算机实现该过程的自动计算，算法如下：设置一个计数器，记录交点数；设置一个开关值并设置为0、1变化，设置循环，从第一行的第一个像素点开始循环到最后一行的最后一个像素点结束，当像素的值不等于开关值时，计数器加1，同时开关值发生变换；设置一个距离计数器来考虑相切的情况，当开关值为1，且距离计算器小于0.1个网格间距，则认为线段与组织或夹杂物相切；当每一行结束时开关值为1，则认为线段终止于组织或夹杂物内部；通过这个算法，计算出水平线、竖直线和组织或夹杂物的交点数；
6)输出评价参数
将水平和竖直交点数量代入ASTM E1268-01的公式中计算出：各向异性指数、取向变形等级、平均带宽、平均自由程四个参数。
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