金相组织定量分析
基于数字图像处理技术的金相组织定量分析-13页PPT精品文档
金相分析的基本技术与理论
金相组织的定义及特征区别
金相：指金属组织中化学成分、晶体结构和物理性能相同的组成，其中包 括固溶体、金属化合物及纯物质。金相组织是反映金属金相的具体形态， 如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。
奥氏体 ：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶 格 。特征：晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在 马氏体针间的空隙处 。
2、传统的金相分析大多靠人工目测进行，对目标物进行统计计算和几何 参数测量。传统的人工分析方法受人为的因素影响很大，分析速度慢， 劳动强度大，效率低，重现性较差。
3、数字图像处理技术起源于 20 世纪 60 年代，计算机技术和微电子技术 的飞速发展为数字化图像处理技术的应用奠定了基础。近年来，随着 国内外的学者们对图像处理技术的不断深入研究，伴随着大量有价值 的相关算法的提出，使得金相分析的精度不断提高。图像处理技术被 越来越广泛的应用到金相分析的工作当中，成为了金相组织分析的一 种非常有效的手段。
基于数字图像处理技术的金相组织定量分析
姓名：杜存铃 学号：20190264 班级：模式识别与智能系统 导师：王培珍
金相分析研究背景
1、质量是企业的生命，在市场经济的激烈竞争中，质量的问题已经上升 到“质量兴国”的战略高度。金相组织是评价金属质量的重要标准之 一。金相检验的目的，一方面是为了检查金属材料的质量是否符合有 关标准的规定；另一方方面是通过观察鉴定各种缺陷的分布状况和性 质，分析研究产生缺陷的原因和各种工艺因素对金属质量的影响，为 改进工艺质量和各种实验研究提供数据。
马氏体 ：碳在a-Fe中的过饱和固溶体 。特征：
板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组 成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个） 片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中， 针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状， 针与针呈120o角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈 布纹状，称为隐晶马氏体 。
微观组织金相分析中的常见问题解答
微观组织金相分析中的常见问题解答金相分析是一种通过显微镜观察金属和合金的组织结构以及相对含量和分布的技术方法。
在工业生产和材料研究中，金相分析常被用来评估材料的性能和质量，并且可以帮助我们了解材料的特性和行为。
然而，在进行金相分析时，有些常见的问题经常困扰着人们。
本文将回答一些常见的关于微观组织金相分析的问题。
问题1：为什么需要进行微观组织金相分析？微观组织金相分析可以提供材料的结构和成分等重要信息，从而帮助我们了解材料的性能和行为。
通过观察金属和合金的显微组织，可以判断材料的晶体结构、晶粒尺寸、晶粒取向、晶界分布以及相的含量和分布等。
这些信息对于评估材料的力学性能、耐蚀性、热处理效果等方面非常重要。
因此，微观组织金相分析在材料工程和金属学等领域具有重要的应用价值。
问题2：常用的微观组织金相分析方法有哪些？常用的微观组织金相分析方法包括光学显微镜、电子显微镜和X射线衍射等。
光学显微镜是最常用的分析工具，它可以观察样品的表面和内部结构，并通过调整显微镜的放大倍数和调焦来实现对不同深度的观察。
电子显微镜可以提供更高分辨率的图像，并且可以通过能谱仪来确定元素的组成。
X射线衍射可以通过分析样品衍射图案来确定样品的晶体结构和取向。
问题3：如何制备金相分析样品？金相分析样品的制备非常重要，制备不当可能会产生伪像或损坏样品。
制备金相样品的常见步骤包括：切割、研磨、抛光和腐蚀等。
切割时应选择合适的工具和切割方向，避免对样品产生过多的热量和应力。
研磨和抛光的过程需要使用一系列的研磨纸和抛光布，逐渐减小颗粒的尺寸，直到获得平滑的表面。
最后，可以使用化学腐蚀剂来去除样品表面的氧化物和其他污染物。
问题4：在观察过程中需要注意哪些问题？在进行金相分析时，需要注意以下几个问题。
首先，为了减少负载效应，观察过程中需要保证显微镜或电子显微镜的照明和观察角度一致。
其次，观察过程中需要避免产生伪像，比如由于样品的不完全抛光或截面损坏而引起的伪像。
金相学和材料显微组织定量分析技术
金相学和材料显微组织定量分析技术发表时间：2019-05-17T10:41:32.753Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：杨丹娜许诺呼唤[导读] 摘要：金相学被认为是金属学的先导，是金属学赖以形成与发展的基础，亦曾被用作早期金属学的代名词；金属材料与热处理专业在过去相当一段时期内则被简称为“金相专业”。
（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江 150046）摘要：金相学被认为是金属学的先导，是金属学赖以形成与发展的基础，亦曾被用作早期金属学的代名词；金属材料与热处理专业在过去相当一段时期内则被简称为“金相专业”。
同样，光学显微镜技术对于无机非金属材料学和其它材料分支学科的重要作用亦类同于其对于金属学；国际上亦有建议采用材相学（materia lography）取代金相学之称，以反映其研究对象已从金属材料拓展到无机非金属材料和高分子材料、复合材料这一现实。
关键词：金相学；图像分析；计算机仿真；材料显微组织；介绍了材料显微组织几何形态的定量表征与分析技术及其标准化、显微组织仿真及设计、以及金相研究时应注意的材料显微组织的若干特性等内容。
对金相学、材相学、体视学、图像分析、虚拟金相学、显微组织仿真及其相互关系亦予以讨论。
一、材料显微组织的计算机仿真与虚拟金相学光学金相技术可以提供材料制备、加工和热处理过程中相变和显微组织演变的许多定性和定量信息。
然而，由于不透明材料三维微观组织的不直接可视性，许多涉及三维显微组织的材料理论模型的验证，难以实际实现的显微组织演变过程研究。
基于模型的材料体视学研究、显微组织的三维可视化研究、材料显微组织的虚拟设计等仍然需要寻求新的辅助研究方法。
材料显微组织结构的计算机辅助模型化与仿真设计即这样一种方法。
利用这些既遵从材料显微组织形成和演变规律，又已数字化且可视化的显微组织仿真的静态或动态模型，可以进行晶粒或任何组织组成物及其动态演变过程的直观分析和定量研究（将其称为“ 虚拟金相学”），获得若干真实金相学所无法获得的组织表征信息和含时间变量的动力学显微组织数据，将有助于我们对真实材料显微组织及其各种演变过程的进一步了解，是近年来材料显微组织学的一个前沿研究方向。
定量金相分析与显微照相ppt课件
用平均值的标准误差：
(V)v(V)v (VviV)v2)
n
n(n1)
95%的置信水平下，相体积分数为
VV = VV ± VV ＝PP ± C（ Vv ）
建议用Excel等处理数据
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四。照相显微镜的构造及显微照相技术
1、显微照相的目的与意义
把所要研究的特征组织拍摄下来，以便长时间保存和研究。
以，其放大倍数（Mp）并不等于物镜放大倍数和目镜放大倍数 乘积，而应等于：
Mp L M 250
对于一定的物镜与目镜组合，随暗箱位置的不同，放大倍数 可在相当大的范围内变化。所以，在照相前必须对所用的暗箱长 度与放大率的关系作校正。 3）照相试样的要求
制作照相试样时，要使磨面上的磨痕以及其它缺陷减小到最 小程度。
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测量长度时要用测微标尺校正
总长度1mm，分为100份，每一分度为0.01mm=10m。
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此处网格单边长 = 0.20 mm
(一定要用与观测样品的相同放大倍数进行标定!!! )
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5）暗室技术（完全黑暗）
负片的操作：显影→水洗→定影→水洗→晾干 （1）显影——使已感光的银盐还原成金属银
注意浸蚀适当，低倍照相时，可以浸蚀得深一些，高倍照则 应浅一些。
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4）照相底片的选择 ★采用感光速度DIN17/10的最为适宜。 ★底片曝光时间的确定——通过试验确定（本实验中听从
实验员安排） ★底片装卸应在完全黑暗的暗室中进行，装底片时应使乳
胶面向上，不要用手摸乳胶面。（本实验要自己装）
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实验四定量金相分析
实验四定量金相分析一、实验目的1．了解定量分析的基本符号和基本方程的意义。
2．掌握在显微镜下进行定量分析的基本方法。
二、实验概述材料的力学性能主要取决于其内部组织结构。
近年来组织强度学的研究已总结出许多定量规律。
因此通过显微组织中面（晶界、界面）、线（位错线）、和点（第二相粒子）的定量测定可建立组织参数和力学性能之间的对应关系。
在显微镜下观察到的组织特征是二维的，因此不能直接观察组织的三维立体图像。
从二维图像推断三维组织图像的科学就叫体视学。
把体视学应用于金相学研究的科学叫定量金相学。
1．定量金相的基本符号定量金相的测量对象是点数P、线长度L、平面面积A、曲面面积S、体积V、测定的特征数N等。
定量金相所测得的量常用被测量与测试量的比值来描述。
规定将测试量的符号写在被测量的下角标位置。
表1列出了定量金相测定时的一些基本符号。
表1定量金相测定时的一些基本符号和组合记号2．定量金相的基本方程（1）V V=A A=L L=P P表示体积比、面积比、线长比及点数比是相等的关系。
（2) S V=4L A/ =2P L给出了显微组织中，单位测试体积中被测相的表面积与单位测试面积中被测相的表面积、单位测试面积中被测相所占的线长以及单位测试线上被测相中所占的点数的关系。
（3）L V=2P A给出了三维空间中，单位测试体积中被测相的点数和单位测试面积上被测相所占的点数之间的关系。
（4）P V=L V S V/2 给出了单位测试体积中被测相的点数和单位测试面积上被测相的点数，以及单位测试线上被测相点数的关系。
3．定量分析的基本方法（1）比较法将被测相与标准图进行比较，和标准图中那一级接近就定为那一级。
这种方法简便易行，但误差大。
晶粒度、夹杂物、碳化物及偏析等都可以用比较法定出其级别。
（2）P P的测量（计点法）用一套专用的网格来进行计点，网格的形式及其测量方法如图 1。
测试是落在每个测试对象上的点数不大于1，且所选网格的间距和所测对象的间距相近。
金相定量分析课件
定量金相学 把体视学应用于金相学研究的科学
就叫定量金相学
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§8 .1定量金相主要测示的参数
二、基本符号和基本方程
金相定量 分析测量
？
材料组织的：
点数(P)
线长(L) 平面面积(A) 曲面面积(S) 体积(V) 物体的个数(N)
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§8 .1定量金相主要测示的参数
二、基本符号和基本方程
1、基本符号 表示被测量与测试用的量(用下标T表示
一平均线截距长度， = LL/NL (mm)
—平均截面积， —平均曲面积， —平均体积，
= AA/NA (mm2) = SV/Nv (mm2) = Vv/Nv (mm3)
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§8 .1定量金相主要测示的参数 二、基本符号和基本方程
2、基本方程 (1) Vv = AA = LL = Pp
①体积比、面积比、线长比及点数比是相 等的关系
L= L1+ L2+ L3
L1 L2 L3
LL= L/LT
LLT 20
截线法还可以测量 PL, 即单位测试线上与 被测对象的交点数
截线法还可以测量NL, 即单位测量线上被测 对象的个数
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§8 .2 定量金相的基本方法
四、截面法
选定视场,其总面积为AT,测量出待测相面 积Aα ,则面积分数AA = Aα/AT
相，试验网格为10×10，第二相有15 点落在计点网格上，有6点正好落在 网格的边界上，求第二相的体积百分
数？
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§8 .3 定量分析在材料研究中的应用 一、晶粒尺寸的测定
1、比较法
2、截线法
(也叫弦计法或 晶粒平均直径法) 求出平均截距 表或计算晶粒度级别
金相组织定量分析(PPT34页)
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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 11月17 日星期 二上午 1时11 分26秒0 1:11:26 20.11.1 7
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7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年11 月上午 1时11 分20.11. 1701:1 1Nove mber 17, 2020
残余奥氏体面积：4%
01.金相组织定量分析
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球墨铸铁：石墨+铁素体基体
01.金相组织定量分析
低碳钢组织：F+P
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选区不完整
01.金相组织定量分析
BX80膨胀管试样：F+B
不同选择参数下的选区差异
贝氏体含量：53.8%、
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77%
01.金相组织定量分析
第二种方法：通过各种相的特有晶体结构 主要借助扫描电镜+电子背散射衍射仪 例如：铁素体——bcc结构（体心立方） 奥氏体——fcc结构（面心立方）
二值化灰度图
01.金相组织定量分析
低碳钢金相组织照片 ：F+P
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01.金相组织定量分析
P面积百分比：51.38%
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01.金相组织定量分析
J55试样金相组织： F+P P面积：77.6%
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01.金相组织定量分析
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20Cr活塞销淬火试样：马氏体+ 残余奥氏体
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8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年11 月17日 星期二 1时11 分26秒0 1:11:26 17 November 2020
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9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 1时11 分26秒 上午1时 11分01 :11:262 0.11.17
深入解剖金相学和材料显微组织定量分析技术(一)
深入解剖金相学和材料显微组织定量分析技术（一）金相技术作为材料研究和检验手段，要追溯到索拜（Sorby）1860 年开始运用光学显微镜研究金属内部组织并于1864 年在历史上最早发表金属显微组织的论文。
此后，光学显微镜逐渐成为研究和检验金属材料组织的有效手段。
正因如此，金相学被认为是金属学的先导，是金属学赖以形成与发展的基础，亦曾被用作早期金属学的代名词；金属材料与热处理专业在过去相当一段时期内则被简称为“金相专业”。
同样，光学显微镜技术对于无机非金属材料学和其它材料分支学科的重要作用亦类同于其对于金属学；国际上亦有建议采用材相学(materialography)取代金相学之称，以反映其研究对象已从金属材料拓展到无机非金属材料和高分子材料、复合材料这一现实。
目前，金相技术仍是材料科学与工程领域最广泛应用的、易行有效的研究和检验方法，金相检验则是各国和ISO国际材料检验标准中的重要物理检验项目类别。
但随着材料研究与检验方法的不断丰富，为与其它实验手段区分，目前金相学习惯上已只取其狭义，主要指借助光学（金相）显微镜、放大镜和体视显微镜等对材料显微组织、低倍组织和断口组织等进行分析研究和表征的材料学科分支，既包含材料三维显微组织的成像（imaging）及其定性、定量表征，亦包含必要的样品制备、准备和取样方法。
其观测研究的材料组织结构的代表性尺度范围为10-9-10-2m 数量级，主要反映和表征构成材料的相和组织组成物、晶粒（亦包括可能存在的亚晶）、非金属夹杂物乃至某些晶体缺陷（例如位错）的数量、形貌、大小、分布、取向、空间排布状态等。
当需要对不透明材料的三维显微组织进行无偏定量表征时，基于几何概率学、定量金相学和图像分析技术等发展起来的材料体视学测试技术则成为必不可少的工具。
本文将主要扼要介绍材料显微组织几何形态的定量表征与分析技术及其标准化、显微组织仿真模型、以及金相研究时应注意的材料显微组织的若干特性等内容。
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02. 金粒度分析
高频焊管焊缝
组织：F+B
02. 金粒度分析
小结：
腐蚀后晶界清晰，晶粒度评定结果比较可靠。
M-A腐蚀分析
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3 . M-A腐蚀分析
M-A的形成：首先钢材冷却过程中形成富碳奥氏体小岛
1、分解或部分分解为铁素体+渗碳体
随后可能分解：
2、部分转变为马氏体（M-A） 3、奥氏体仍旧保留下来
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01.金相组织定量分析
低碳钢金相组织照片 ：F+P
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01.金相组织定量分析
P面积百分比：51.38%
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01.金相组织定量分析
J55试样金相组织： F+P P面积：77.6%
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01.金相组织定量分析
20Cr活塞销淬火试样：马氏体+ 残余奥氏体
残余奥氏体面积：4%
腐蚀剂：2%偏重亚硫酸钠溶液+4%苦味酸溶液的混合液 （1:1）
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3 . M-A腐蚀
白色为MA岛
X80管线钢 焊缝区
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X500
3 . M-A腐蚀
白色为MA岛
X80管线钢 焊缝区
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X500
3 . M-A腐蚀
晶界白色网 状为MA岛
X80管线钢 HAZ区
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02.晶粒度分析
J55热轧态试样 ： F+P
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02.晶粒度分析
25CrMnMo调质态晶粒度
腐蚀剂：饱和苦味酸水溶液+盐酸+洗涤剂
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02.晶粒度分析
BSG-1试样焊缝
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马氏体Page 22
奥氏体+δ铁素体
2. 应该通过合理的工艺控制焊缝和HAZ 区中M-A的 尺寸和数量。
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请各位领导专家批评指正！
谢谢！
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01.金相组织定量分析
球墨铸铁：石墨+铁素体基体
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01.金相组织定量分析
低碳钢组织：F+P
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选区不完整
01.金相组织定量分析
BX80膨胀管试样：F+B 不同选择参数下的选区差异 贝氏体含量：53.8%、 77%
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01.金相组织定量分析
第二种方法：通过各种相的特有晶体结构
主要借助扫描电镜+电子背散射衍射仪 例如：铁素体——bcc结构（体心立方） 奥氏体——fcc结构（面心立方）
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01.金相组织定量分析
通过电子背散射衍 射仪（EBSD）进 行定量分析 晶体结构相同， 但缺陷含量不同
组织：马氏体+ 铁素体
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01.金相组织定量分析
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金相组织定量及组织分析
金相组织定量分析
晶粒度分析
M-A腐蚀分析
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金相组织定量分析
第一种方法：通过组织对腐蚀液不同表现 第二种方法：通过各种相的特有晶体结构
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01.金相组织定量分析
第一种方法：通过组织对腐蚀液不同表现
分析步骤： 1.调整对比度 2.二值化选择测量对 象
二值化灰度图
01.金相组织定量分析
小结：实验结构的准确性
1.金相法：组织清晰，组织区别较大（对比度）
2.电子背散射衍射法：具有不同晶体结构的各相
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晶粒度分析
测量方法： 1.比较法 2.截点法（截距法）
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02.晶粒度分析
晶界图
测量网格
截点法
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02.晶粒度分析
X65级管线钢照片： F+P
X500
3 . M-A腐蚀
白色块状＞5μm M/A尺寸＜3μm
X80管线钢 HAZ区 X500
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腐蚀后异常
3 . M-A腐蚀
热影响区 晶界“项链状”组织
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3 . M-A腐蚀
内焊缝热影响区开裂
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3 . M-A腐蚀
小结：
1. M-A岛形状和含量会导致焊缝和HAZ区晶界弱化， 对材料性能造成影响。