金相分析系统在金相分析中的应用

金属材料中的显微组织和非金属夹杂物等并非均匀分布，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，需要对视场进行大量的统计工作，才能保证测量结果的可靠性。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。

1.图像分析仪的原理及功能简介 

金相分析系统又称图像分析仪，它工作时首先用肉眼在显微镜下直接观察试样，选定需要分析的区域。再用数码摄像头或数码相机图像进行采集,经过光电转变，把光信号转变成电信号，再经过A/D转变，*终形成该试样的数字影像文件。通过图像采集卡的数字文件接口传入计算机，由计算机进行分析、处理。其结果可经视频分配器分配给电脑显示器或电视机显示，也可由打印机直接打印输出。

2.图像分析仪在金相分析中的作用 

2.1晶粒度测定  

测量晶粒度是金相检验工作中经常进行的检验项目。传统的方法是参照有关标准（GB6394－2002）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GB6394中规定的另外两种方法，即面积法和截点法（仲裁方法），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，其繁琐程度令人望而生畏。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×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.  L、M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，给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。

2.2 测定显微组织的含量  

    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。

2.3 测定镀层厚度及脱碳层、渗碳层深度      

2.3.1 镀层厚度测定

由于镀层下基体材料表面粗糙度或电镀工艺的影响，使镀层存在着厚薄不均的现象，为解决因厚薄不均而产生的测量误差，图像分析仪在测量镀层时，首先在显示镀层截面形貌的屏幕上划许多条相互平行且垂直于镀层表面、并横贯镀层的直线，这样每一条直线均能测出一镀层厚度数据，然后将这些数据进行处理，便得到镀层的平均厚度、*大厚度、*小厚度等参数。若被测物是非常细小的金属丝，其圆周均有镀层，则取其横截面图像，从它的圆心出发呈不同角度沿径向划许多直线，同样可测得。

2.3.2 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。

 2.4 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（特别是疲劳性能）之间的定量关系；其二是根据GB10561－89标准评定钢中非金属夹杂物级别。

2.5 计算球墨铸铁中石墨的球化率  

    球墨铸铁中石墨的球化率对其机械性能影响较大。因此，评定石墨球化率是金相检验中的一个重要项目。通常采用比较法评定，计算法则用于仲裁，GB9441标准中规定在计算球化率之前，须先求得视场中每一颗石墨的单颗石墨面积率（石墨实际面积与其*小外接圆面积之比），然后换算成每颗石墨的形状系数，再按标准中的公式计算该视场的球化率。     

2.6 断口分形研究  

    Mand1brot等人于1984年**将分形几何应用于研究材料的冲击断口，发现马氏体时效钢的冲击功随其断口的分形维数Df值增加而呈线性减少。此后，分形几何便进入材料的研究领域。 

3.结语 

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。

图像分析仪是对材料进行定量金相研究的强有力工具，也是日常金相检验的好帮手，可以避免人工评定带来的主观误差，从而也避免了扯皮现象。虽然在日常金相检验中，不可能也不必每次都使用图像分析仪，但当产品质量出现异常或金相组织级别处于合格与不合格之间而无法判别时，则可以借助图像分析仪对其进行定量分析，得出准确结果，确保产品质量。图像分析仪在金相分析中的应用，拓展了金相检验的检测项目，促进了检测水平的提高，对于提高检测人员的素质也是十分有益的。