基于图像处理的Ti(C,N)金属陶瓷材料定量金相分析.ppt

பைடு நூலகம்
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 。

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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第 ３ 卷 第 ２期 ２ ２１ ０ ０年 ４ ）
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金相检验的目的和意义
评估金属材料的质量和性能
通过金相检验，可以了解金属材料的微观结构和夹杂物分 布，从而评估其力学性能、耐腐蚀性能等，为产品的可靠 性和安全性提供保障。
控制生产过程
金相检验可以对生产过程中的金属材料进行实时监控，及 时发现并解决生产过程中出现的问题，提高产品质量和生 产效率。
促进新材料研发
利泽 。
04
金相显微镜观察
金相显微镜的构造与原理
金相显微镜由照明系统、载物台、物 镜、目镜等主要部分组成，能够将物 体放大并清晰地展示在屏幕上。
金相显微镜的原理基于光学成像原理 ，通过透镜的折射和反射将物体放大 并投影到目镜上，以便观察。
02
可以观察金属材料的相 组成、相比例和相分布 等相组成特征。
03
可以观察金属材料的表 面形貌、粗糙度和纹理 等表面特征。
04
可以观察金属材料的内 部缺陷、夹杂物和析出 相等内部特征。
05
金相检验标准与报告编写
金相检验标准
1 2
金属材料的金相检验标准
根据金属材料的种类、牌号和用途，制定相应的 金相检验标准，包括金相组织、晶粒度、夹杂物 等方面的规定。
相变类型
02
共析、包析、马氏体相变等。
相变对性能的影响
03
相变会导致金属材料的性能发生显著变化，如钢铁在冷却时发
生相变，硬度增加，耐磨性提高。
03
金相制备技术
金相试样的选取与截取
选取代表性试样
根据检验目的和要求，选取具有代表 性的金相试样，确保能够反映材料或 零件的整体特征。
截取方法
根据试样的大小和形状，采用适当的 锯切、切割或破碎等方法，将试样从 原始材料中截取下来。

公式的测量必须以随机大量测量为条三定量金相测定的基本方法三定量金相测定的基本方法1网格数点法2网格截线法3显微镜测微目镜测定法4线段刻度测定法5图像分析仪测定法1网格数点法1
.
实验2 定量金相测定方法
1
.
实验二 定量金相测定方法
一、实验目的 1.掌握定量金相测定的基本原理。 2. 掌握定量金相测定的基本方法。 3、利用定量金相测定的基本方法测定所给材料
5
.
1、网格数点法
1.测试基本方法：测试落在测试用网格交点上的待测 量相数目为P,测试用网格的总点数为PT,用公式VV=PP=P/ PT，计算待测量相的体积。
2.注意：（1）网线间的间距应接近待测试相间距； （2）网格阵点落在测试对象上的点数应不大
于1。 （见 图b）
（3）网格阵点落在测量相边界上，以1/2点 计，落在三条晶界相交的交点 时以3/2计(图d)。
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.
六、实验报告及要求 1.实验原理介绍 2.实验方法介绍 3.实验内容 （1）20钢中珠光体含量测定，要求写出测量 过程及原始数据。 （2）球墨铸铁样品中石墨的体积分数测定， 要求测量过程及原始数据。 （3）利用杠杆原理计算出20钢中珠光体含量 并与测量值对比。分析误差原因。
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10
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显微镜测微目镜
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5.图像分析仪测定法
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采用图像分析仪可实现对物相的自动化测量。
采用本方法时要求待测物四、实验内容
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1.运用网格数点法测量低碳钢中的珠光体含量。
2.运用线段刻度测定法测定球墨铸铁中石墨的体 积分数。
五、实验设备及材料
金相显微镜、20钢退火金相样品、球墨铸铁金相 样品、自制网格（自己完成）
体视学互换公式：

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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

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磨光操作
1. 粗磨
粗磨是试样制备的第一道磨制工序，取样后试样表面的粗糙不平度主要在粗 磨时去掉。较软的金属如铝铜等用锉刀或铣床、车床；硬的金属通常在磨床或砂 轮机上进行。
2.细磨
粗磨后需经过不同粒度砂纸细磨，SiC砂纸最适于做金相试样的细磨。
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抛光
• 抛光是将试样上磨制产生的磨痕及变形层去掉，使其 成为光滑镜面的最后工序，可分为机械抛光、电解抛 光和化学抛光等。
• 纯金属或单相合金的腐蚀是一个化学溶解过程。
• 两相合金的化学浸蚀主要是电化学溶解。
• 多相合金的腐蚀，主要也是电化学溶解过程。浸 蚀过程中浸蚀剂对各个相有不同程度的溶解必须 采用合适的浸蚀剂，甚至两种或多种不同的浸蚀 剂依次浸蚀，使之逐渐显示出各相组织，这种方 法叫做选择浸蚀法。
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• 物镜的有效放大倍数：在显微镜中保证物镜分辨率充 分利用所对应的显微镜的放大倍数，称显微 镜的有效放大倍数。
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• 垂直分辨率（景深）：景深表示物镜对于高低不平
的物体能清晰成像的能力。物镜的景深和其放大倍数及数值孔径成反比，放 大倍数越大，数值孔径越大，景深越小。注意：实际操作中缩小孔径光阑， 可以提高物镜的垂直分辨率，但与此同时会降低物镜的分辨率。
人眼的明视距离约250mm用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感金相显微镜的光学系统用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感物镜显微镜中最重要的光学零件通常由固定在金属筒内相隔一定距离的复式透镜所组成位于物镜下端接近试样的称前透镜物镜的放大倍数主要决定于此透镜的曲率上端的称后透镜主要校正前透镜的象差提高成像质量

金属陶瓷砖
金属材料的用途
• 金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机 的外壳、燃烧室的火焰喷口等地方。 • 在我们的日常生活中，主要有电器触头上的运用 。 它是两相金属的机械混合物，每相金属各相保留 原有的物理性能。两相金属中一相为难熔相，它 的硬度高、熔点高，在高温和冲击作用下不变形， 在电弧作用下不熔化，因此这相金属在材料中其 骨架作用。这类金属有钨、钼、金属氧化物等。 另一相金属为载流相，它主要起导电和导热作用。 这类金属银、铜等。载流相金属熔点都比较低， 在电弧高温作用下熔成液体，保留在难熔相金属 骨架构成的空隙中，防止了熔化金属的大量喷溅， 使触头电磨损大大减小。
芝柏表
钛金属陶瓷表
金属材料的应用非常的广泛，各个领域都会用到
• 金属陶瓷材料的模条
• 金属陶瓷材料灯具
• 热电偶保护套管
• 干燥板
• 发射管
• 放电管
具有高硬度，超高耐磨，高精度金属陶瓷刀具
没了
卧式真空烧结炉
• 卧式真空烧结炉主要用 于气氛烧结、真空热处 理、高温真空烧结。适 用于不锈钢基、硬质合 金、高温合金、高间化合物的烧结。
金属陶瓷的分类
• 根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷 分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。 • 1.陶瓷基金属陶瓷主要有 ：①氧化物基金 属陶瓷。 ②碳化物基金属陶瓷。 ③氮化物 基金属陶瓷。 ④硼化物基金属陶瓷。 ⑤硅 化物基金属陶瓷。 • 2.金属基金属陶瓷是在金属基体中加入氧化 物细粉制得 ，又称弥散增强材料 。
金属陶瓷材料
袁梦 11210050216
金属陶瓷的定义及组成 • 金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构 材料 。金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨 损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的 金属韧性和可塑性。金属陶瓷为了使陶瓷既可以耐高温又 不容易破碎，人们在制作陶瓷的粘土里加了些金属粉，因 此制成了金属陶瓷。。 陶瓷粘土 金属粉

磨损量-时间
由图可见，磨损表面除了明显的磨痕及剥落坑外，还 有明显的裂纹扩展的痕迹。 Ti-C-N基金属陶瓷作为刀具 时磨损的主要机理是磨粒磨损、高温的粘结磨损及扩散 磨损。
化学磨损Ti-C-N金属陶瓷在氧化环境中可以生成氧化膜，在潮湿环境中还会生
成氢氧化物表层。
Ti3N4 +3O2 →3TiO2+2N2
磨粒磨损由于自由磨粒或表面微凸体的相互运动而造成的磨损 高温粘着磨损金属陶瓷化学稳定性较好，与钢化学亲合力小，与工件的摩
擦系数也小，因此用金属陶瓷刀具切削时，可阻止刀具与钢的粘结，不易产生积 屑瘤，工件的加工精度可明显提高。TiC 与工件材料45 号钢的粘结温度(1120℃)高 于WC(1000℃)，因此，与硬质合金相比，金属陶瓷刀具具有较高的抗粘结磨损的 能力。
+ + +
Байду номын сангаас
+
+
硬度很高 一般可达HRA91～93.5，有些可达HRA94～95，即达到非金属陶瓷刀 具硬度水平。 有很高的耐磨性和理想的抗磨损能力，在高速切削钢料时磨损率极低 其耐磨 性可比WC基硬质合金高3～4倍。 有较高的抗氧化能力 一般硬质合金月牙洼磨损开始产生温度为850～900℃， 而Ti(C，N)基金属陶瓷为1100～1200℃，高出200～300℃。TiC氧化形成的TiO2 有润滑作用，所以氧化程度较WC基合金低约10%。 有较高的耐热性 Ti(C，N)基金属陶瓷的高温硬度、高温强度与高温耐磨性都 比较好，在1100～1300℃高温下尚能进行切削。一般切削速度可比WC基硬质 合金高2～3倍，可达300～400m/min，即使加工某些高硬度材料和难加工材 料，切削速度也可达200m/min。 化学稳定好 Ti(C，N)基金属陶瓷刀具切削时，在刀具与切屑、工件接触面上 会形成Mo2O3，镍钼酸盐和氧化钛薄膜，它们都可以作为干润滑剂以减少摩 擦。Ti(C，N)基合金与钢不易产生粘结，在700～900℃时也未发现粘结情况， 即不易产生积屑瘤，加工表面粗糙度值较低。Ti(C，N)基金属陶瓷在具有良好 的综合性能的同时还可以节约普通硬质合金所必需的Co、Ta、W等贵重稀有 金属材料。随着人类节约资源、推行“绿色工业”进程的加快，Ti(C，N)基金 属陶瓷必会成为一种大有前途的工具材料。实际上，一些国家已在积极应用 和推广这种刀具材料，如日本在1988年Ti(C，N)基金属陶瓷刀具已占年度硬质 材料工具总量的27.3%，而且其使用量还在逐年提高。