基于数字图像处理的TC4钛合金金相组织定量分析

热处理工艺对 TC4钛合金组织及硬度的影响摘要：本文研究了热处理工艺对TC4钛合金的组织及硬度的影响。

通过对不同温度下热处理的TC4钛合金进行金相分析和硬度测试，研究了热处理时间、温度对合金的影响。

结果表明，经过适当的热处理，TC4钛合金的显微组织得到明显改善，硬度得到升高，这对其在航空航天、汽车制造等高要求行业中的应用具有重要意义。

关键词：热处理；TC4钛合金；金相分析；硬度正文：1. TC4钛合金的应用场景TC4钛合金以其优异的性能逐渐被应用于高要求行业中，如航空航天、汽车制造等领域。

TC4钛合金具有高强度、低密度、抗腐蚀性能好等特点，在高温场合表现更加出色。

2. 热处理对TC4钛合金的组织和硬度的影响热处理是指将材料加热到一定温度并维持一定时间，然后进行冷却，增强其力学性能的一种工艺。

热处理工艺对TC4钛合金的组织和硬度有着显著的影响。

2.1 热处理温度的影响采用不同温度进行热处理的TC4钛合金的显微组织测试结果如下：当热处理温度低于α相转变温度时，TC4合金的组织变化不大；当热处理温度介于α相转变温度和β相转变温度之间时，TC4合金的β相含量增加，显微组织呈现出片状钛合金α相和β相交替分布的层状组织。

当热处理温度高于β相转变温度且工艺时间足够长时，TC4合金的β相含量迅速增加，显微组织中呈现出类似均匀分布的层状组织。

2.2 热处理时间的影响同样采用不同时间进行热处理的TC4钛合金的硬度测试结果如下：当热处理时间较短时，TC4合金的硬度先升高后下降；当热处理时间适中时，TC4合金的硬度先升高后略有下降，但仍较热处理时间较短时高；当热处理时间过长时，TC4合金的硬度开始下降，失去了热处理的强化效果。

3. 结论TC4钛合金的热处理能够明显提高其显微组织和硬度，适宜的热处理温度和时间应根据具体需要进行选择。

热处理工艺能够为TC4钛合金的应用领域提供更多可能性，具有积极的推广应用价值。

4. 配置热处理工艺的参数为了获得理想的材料性能，需要针对不同的应用场景对TC4钛合金进行热处理，并采用适合的的工艺参数。

激光金属沉积技术制备TC4 钛合金工艺的研究作者：黎非凡赵海涛王余莲来源：《有色金属材料与工程》2023年第05期摘要：采用激光金属沉积技术制备TC4 钛合金，采用X 射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计等分析TC4 钛合金成型件的物相结构、组织形貌、缺陷裂纹、维氏硬度，以研究打印过程中的激光功率和扫描速率对TC4 钛合金组织及缺陷的影响规律。

结果表明：沉积态TC4 钛合金以密排六方结构的α 相为主，存在少量的体心立方结构的β 相，主要含有细针状、片层状组织。

随着激光功率的增加，TC4 钛合金的缺陷逐渐减少。

随着扫描速率的升高，柱状晶的宽度和熔覆层间距逐渐减小。

激光功率为550 W、扫描速率为600mm/min 时，TC4 钛合金的最大维氏硬度达到409。

关键词：TC4 钛合金；激光金属沉积；微观组织；维氏硬度中图分类号：TG 146.23; TM 277 文献标志码：AStudy on manufacturing process of TC4 titanium alloy by lasermetal deposition technologyLI Feifan， ZHAO Haitao， WANG Yulian（School of Materials Science and Engineering， Shenyang Ligong University， Shenyang 110168， China）Abstract： TC4 titanium alloy samples were prepared by using laser metal deposition technology， thephase composition， microstructures， defects， cracks， and Vickers hardness of the formed parts wereanalyzed using X-ray diffraction， optical microscope， scanning electron microscope， and microhardnesstester， and the effects of laser power and scanning rate on the microstructures and defects of TC4titanium alloy during the printing process were studied. The results indicate that the deposited TC4titanium alloy is dominated by the α-phase with a small amount of β-phase， and mainly contains fineacicular and lamellar structures. With the increase of laser power，the defects of TC4 titanium alloygradually decrease. With the increase of scanning rate， the width of columnar crystals and the spacingbetween the cladding layers gradually decrease. In terms of mechanical properties， the Vickers hardnessof TC4 titanium alloy reached 409 under a laser power of 550 W and a scanning rate of 600 mm/min，indicating excellent mechanical properties under the condition.Keywords： TC4 titanium alloy; laser metal deposition; microstructure; Vickers hardness金属材料增材制造技术是基于离散—堆积原理的新型数字化成形技术，通过使用激光等热源，将粉状或丝状的金属材料熔化并逐层堆积“打印”金属零件的制造技术[1-2]。

TC4钛合金冷却过程中组织变化分析李壮，康少酺，于欢欢，姜行，仇大同，于涛，李朝华【摘要】摘要：采用金相显微镜、扫描电镜和HV-50A维氏硬度分析仪研究了TC4钛合金自β相区冷却过程中相组成及微观组织变化。

结果表明，TC4钛合金冷却过程中发生β→α相变。

冷却速率越小，形成α相片层越厚。

TC4钛合金经1 000 ℃固溶后，冷却到850～800 ℃水冷时，析出α相均匀细小，试样硬度出现峰值。

随着冷却温度继续降低，试样硬度开始下降。

TC4钛合金固溶后在冷却过程中的硬度变化，很可能还与Ti2AlV(O)相和Ti2AlV相的析出、长大有关。

【期刊名称】沈阳航空航天大学学报【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6【关键词】 TC4钛合金；冷却温度；冷却速率；相；硬度材料工程钛及其合金因具有密度小、比强度高等优点而广泛应用于航空航天、汽车和船舶等行业[1-3]。

TC4于1954年在美国首先研制成功[4]，含有α相稳定元素Al和β相稳定元素V，属于Ti-Al-V系典型的α+β型双相热强钛合金，是目前世界范围内应用最为广泛的钛合金之一[5-8]。

TC4钛合金力学行为显著依赖于热机械处理后的显微组织,通过不同的热机械处理可以获得片层、等轴等组织形态,而不同的组织具有不同的力学性能。

目前TC4钛合金的研究多集中于等轴组织的形成及其与热机械工艺和力学性能的关系方面[9]，而对在β相区固溶冷却过程中α片层的形成及演化过程的研究很少。

本实验旨在研究TC4合金自β相区冷却过程的相组成及显微组织的演变，期望对TC4合金热处理工艺制定、组织特征控制及力学性能优化提供帮助。

1 试验材料与方法本实验所用TC4钛合金化学成分如表1所示。

采用数控线切割机床将退火后的TC4钛合金原料制备成15个10 mm×10 mm×10 mm正方体试样。

取3个试样为一组在SX-14-14电阻炉中加热后，以二种不同的冷却速率分别冷却至不同温度取出水冷。

激光选区熔化成形TC4钛合金焊接接头组织与力学性能探究发布时间：2022-10-11T02:15:57.811Z 来源：《科技新时代》2022年第7期作者：冯宝源[导读] 激光选区熔化技术（Selectivelasermelting，SLM）是一种利用激光束熔融粉末凝固成形的增材制造技术，冯宝源中国船舶集团第七一〇研究所湖北省宜昌市 443000摘要：激光选区熔化技术（Selectivelasermelting，SLM）是一种利用激光束熔融粉末凝固成形的增材制造技术，能基于CAD模型，以逐层成形的方式制造零件。

在每层的成形过程中，扫描振镜控制激光束在已铺好粉的表面按照计算的路径进行扫描，使粉末在激光扫描的位置形成熔池并迅速冷却凝固，在完成一层的扫描后，铺粉继续下一层的扫描，直至成形完成，这种离散的成形方式相较于传统的铸造等方式能够成形更为复杂的结构。

随着零件尺寸的不断增大，单台激光器的激光选区熔化设备因扫描振镜、场镜等器件的限制，难以实现大尺寸零件的成形。

而使用双激光甚至多激光的激光选区设备不仅解决了可成形零件在尺寸方面的限制，还因激光器数量的增加提高了成形效率。

基于此，本篇文章对激光选区熔化成形TC4钛合金激光焊接头组织与力学性能进行研究，以供参考。

关键词：激光选区熔化成形；TC4钛合金；激光焊接头组织；力学性能引言为满足轻量化、整体化的制造要求，水下装备零件逐渐朝精密、复杂、薄壁化和结构性能一体化的方向发展，大量复杂内腔、超薄格栅和悬臂等结构的设计对制造技术提出全新的挑战，采用传统技术方法时遇到了瓶颈。

而近年来飞速发展的增材制造技术为复杂精密构件的制造提供了新途径和方案，激光选区熔化成形被认为是最具发展潜力的增材制造技术，国外已尝试应用于航空发动机喷嘴及飞机结构连接部位。

激光选区熔化技术适用于成形形状复杂、精密度高的小型零件，但受设备尺寸及工艺特点等因素影响，大尺寸零部件较为理想的制造方案是成型后进行拼焊连接。

TC4-DT钛合金的相变过程原位观察王文盛;刘向宏;赵小花;郝芳;张小航;张海【摘要】利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的TC4-DT钛合金从室温升温至1200℃过程中的组织演变,并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究.结果表明,试样加热温度大于500℃时,无需化学浸蚀即可以进行原位观察.试样加热至950℃(Tβ-35℃)时,可观察到球状α相逐渐消失,加热至1000℃(Tβ+15℃)后观察不到球状α相,判断α→β相转变的温度区间应在950～1000℃.此外,正常组织试样加热至1000℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象,而存在强织构的组织加热至1170℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象.强织构会阻碍晶粒再结晶长大,只有加热至Tβ以上一定温度时,晶粒才能再结晶长大.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】6页(P6-11)【关键词】TC4-DT钛合金;原位观察;高温金相;强织构【作者】王文盛;刘向宏;赵小花;郝芳;张小航;张海【作者单位】西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;航空工业成都飞机设计研究所, 四川成都 610091【正文语种】中文【中图分类】TG146.230 引言TC4-DT钛合金是我国“十五”期间研制的一种中强高损伤容限型钛合金。

通过纯净化熔炼、新型准β热处理(准β锻造)等创新工艺制造的该合金可满足我国新一代飞机长寿命、高可靠性的设计需求。

tc4锻件的金相组织TC4合金是一种常用的钛合金，由钛、铝、铁和锰等组成。

TC4是一种具有优异力学性能和抗腐蚀性能的材料，广泛应用于航空航天、船舶制造、化工等领域。

而锻造是一种常见的金属加工方式，能够提高材料的强度和塑性。

本文将对TC4锻件的金相组织进行探讨。

一、TC4锻件的金相组织分析TC4合金经过锻造后，其金相组织发生了改变。

锻造过程中，金属在受力下发生塑性变形，晶粒发生重新排列和变形，形成了新的金相组织。

TC4合金的锻件常见的金相组织有α相和β相。

α相是TC4合金中的钛基体相，具有高强度和低塑性的特点。

β相是由铝、铁等元素形成的金属附加相，具有较高的塑性。

锻件在锻造过程中，TC4合金中的α相发生了显著变化，晶粒得到细化，并与β相形成了合理的结构。

二、TC4锻件的晶粒细化机制晶粒细化是TC4锻件金相组织发生改变的重要因素。

锻造过程中，材料在受力下发生塑性变形，晶粒重新排列并变形。

晶粒细化的主要机制有动态再结晶和回复结晶。

动态再结晶是指在塑性变形过程中，材料的晶粒发生再结晶，原有的晶粒得到细化和改善。

回复结晶是指在锻造完成后，通过回复和再结晶作用，使晶粒重新排列和细化。

TC4合金在锻造过程中，通过控制锻造参数和热处理条件，可以促使晶粒细化。

合适的锻造温度和速率可改善晶粒的细化程度，提高TC4锻件的力学性能。

三、TC4锻件的显微硬度分析显微硬度是评估材料硬度和强度的重要指标。

通过对TC4锻件进行显微硬度分析，可以了解其力学性能。

TC4锻件表面的显微硬度会随着细化晶粒的形成而增加。

细化晶粒可以提高位错运动的困难度，从而增加了材料的硬度和强度。

四、TC4锻件的应用TC4锻件由于其卓越的力学性能和抗腐蚀性能，在航空航天、船舶制造、化工等领域得到广泛应用。

在航空航天领域，TC4锻件常用于飞机结构件、涡轮盘、导弹部件等的制造。

TC4锻件的高强度和低密度，使其成为制造航空器和航天器的重要材料。

在船舶制造方面，TC4锻件可用于制造舰船的推进器和船体结构件。

TC4钛合金相变温度的测定与分析摘要：相变温度对钛合金加工工艺十分重要，钛合金加工需要进行热处理，对钛合金的相变温度范围需要计算出具体的数值。

本文采用了计算法、差热分析法和连续升温金相法对钛合金试样进行了测定，取得了相变温度范围。

文中对三种测试方法进行了分析，得出TC4钛合金的相变温度值为998℃。

关键词：TC4钛合金；相变温度；连续升温金相法前言TC4钛合金的应用范围较广，并且应用的领域均属航空、航天工业，其对工艺的要求较高。

在钛合金工艺改造过程中需要对其进行热处理，这需要分析钛合金的相变温度范围，文中针对一种钛合金试样采用了三种方法测试，得出相变温度值。

1.TC4钛合金的性质及相变温度TC4钛合金（Ti-6Al-4V）的组成是由α和β两相钛合金组成，其优点为：（1）工艺性强；（2）可塑性强；（3）可焊接和耐腐蚀。

TC4钛合金应用广泛，在我国主要体现在航空业和航天工业中。

对钛和钛合金的加工需要进行热处理，所以TC4钛合金的相变温度的测定十分重要，也是TC4钛合金处理工艺的应用参数，处理时做热加工处理，加工钛合金，使其形成目的形状，需要对钛合金的适用温度进行掌控，这也是在钛合金热处理工艺中氧和氮污染指标的重要参考依据。

在钛合金材料的使用工艺中，相变温度或相变温度范围需要有准确的数值，而钛合金的相变温度数值随着钛合金的成分不同和加工历史不同，每批原材料的相变温度也不同。

2.TC4钛合金相变温度的测定与分析2.1不同方法对相变温度的测定2.1.1计算法对相变温度的测定钛合金相变温度的变化是热加工后对其中各元素的变化，通过计算法来推算其温度变化，计算法能够在连续升温金相法中提供淬火温度的选择范围[1]。

使用计算法对钛合金相变温度的测定公式为：公式中885℃为单纯钛的相变温度；W为各元素的质量值；q为各元素对相变温度的影响。

按照TC4钛合金的化学成分和杂质含量对相变温度的影响，计算公式为：钛合金中成分的含量对相变温度的影响作用如表1所示。

"T T1PTCA(R4RT A:PHYS.TEST.)W^2020^ 第56畚10U I g:验莰末与方法DOI ： 10.11973 lhjy-w!202010005TC4钛合金表面污染层金相检验参数优选谭瑶，王大为，陈超英，何军，朱凯[航空工业成都飞机T业(集团)有限责任公司.成都610091]摘要:采用正交试验法和逼近于理想值的排序方法（T O P S I S)对T C4钬合金表面污染层的金 相检验参数进行综合评价，根据评价结果选出了最优抛光工艺和最优浸蚀剂。

结果表明：磨样工艺 参数对制样质量的影响程度依次为：压力>抛光机转速>抛光时间，磨样工艺参数的最优组合为：磨样机转速300 r.min\抛光时间1min、压力30 N。

最优浸蚀剂为，先使用体积分数为2%的H F(质量浓度:40%〜42%)+体积分数为4%的H N03(质量浓度：65%〜68%)+H2()(余量），再使用质量浓度为2%的NI^H R水溶液。

关键词:T C4钬合金；表面污染层；金相检验；正交试验；参数优选中图分类号：T G115.21文献标志码：A文章编号=1001-4012(2020) 10-0022-03Parameters Optimization of M etallographic Examination ofContamination Layer on TC4 Titanium Alloy SurfaceTAN Yao. WANG Dawei. CHEN Chaoying. H E Jun. ZHU Kai[A V I C C h e n g d u八ircraft Industrial (G r o u p) C o.，Ltd.，C h e n g d u 610091，China]Abstract ：T h e metallographic examination parameters of T C4 titanium alloy surface contamination layer w e r e evaluated b y orthogonal experiment a nd technique for order preference b y similarity to ideal solution (T O P S I S).T h e optimal polishing process a nd etchant w e r e selected according to the evaluation results. T h e results s h o w that the influence degree of polishing process parameters o n sampling quality w a s p r e s s u r e〉polishing m a c h i n e s p e e d〉 polishing time» the optimal combination of polishing process parameters w a s grinding prototype speed 300 r*min 1 .polishing time 1 min,pressure 30 N. T h e optimal etchant w a s2%(v o l u m e fraction) H F(m a s s concentration 40%〜42%)+4% (v o l u m e fraction) H N()3 (m a s s concenrtation 65%〜68%) + H2()(m a r g i n)，an d then 2% (m a s s concentration) N H, H F2 aqueous solution.Keywords：titanium alloy；surface contamination；metallographic e x a m i nation；orthogonal e x p e riment；parameters optimization由于钛合金的化学活性高，在热成型或热处理 加热过程中容易与空气中的氧、氮、氢等气体发生反 应形成表面污染，会导致表面一定深度范围内的显 微硬度升髙和显微组织发生变化，并降低钛合金的 塑性、冲击吸收能量和疲劳强度112]。

3D打印TC4钛合金粉末制备方法及组织性能研究孙小燕;殷韦韦;袁力【摘要】3D打印技术是一种快速成型技术,钛及钛合金由于具有优异的物理、化学和力学性能,广泛应用于多个领域,钛及钛合金粉末是3D打印重要的原料.介绍了制备钛及钛合金粉末的几种主要方法,重点阐述了等离子旋转电极雾化法制备钛合金粉末的原理,并对其微观组织演变规律和热处理方法进行了研究.研究结果表明,此方法制备的TC4钛合金粉末,易获得近球形的颗粒粉末,表面光洁,流动性好,具有良好的粉末特征;钛合金的显微组织由粗大柱状晶组成,柱状晶沿着堆积层的方向生长,由于温度梯度的影响,远离基材区域的晶粒尺寸大于靠近基材区域的晶粒尺寸,原始柱状晶的内部微观组织由细针状α相马氏体组成.采用固溶+时效热处理,加以空冷的冷却方式,使得在970 ℃/AC/1h+540℃/AC/4h条件下形成的网篮组织,强度和塑性都较好,其性能满足TC4合金3D打印要求.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2018(000)008【总页数】5页(P181-184,217)【关键词】TC4钛合金;3D打印;微观组织;热处理【作者】孙小燕;殷韦韦;袁力【作者单位】池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;池州学院机电工程学院,安徽池州247000;先进材料制备与成形技术工程研究中心,安徽池州247000【正文语种】中文【中图分类】TG146.23D打印（Three Dimensional Printing）是快速成型技术之一。

利用粉末状塑料或金属等可粘合性材料，通过离散堆积原理[1]，根据三维实体模型，通过分层软件，按一定厚度进行分层，将三维数字模型转换成厚度很薄的二维平面模型，再逐层打印构成实物的技术。

钛合金具有高强度，低弹性模量和低密度，极好的抗疲劳性和耐腐蚀性等优点，迅速增长的激光3D打印行业的领先材料[2]，特别得到航空航天和医疗领域的青睐。

《TC4-DT钛合金断裂韧性的组织相关性及其预测模型》篇一摘要：本文着重研究了TC4-DT钛合金的断裂韧性与其组织结构的相关性，并建立了一个有效的预测模型。

通过对材料微观结构、相组成和晶体取向的详细分析，我们确定了影响断裂韧性的关键因素，并建立了相应的数学模型，以实现对断裂韧性性能的预测。

本文的研究成果为钛合金的优化设计和性能预测提供了重要的理论依据。

一、引言TC4-DT钛合金作为一种重要的工程材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空、航天、海洋工程等领域。

断裂韧性作为衡量材料抵抗裂纹扩展能力的重要指标，对材料的使用性能和安全性至关重要。

因此，研究TC4-DT钛合金的断裂韧性及其与组织结构的相关性具有重要的实际意义。

二、材料与方法本文采用金相显微镜、电子背散射衍射（EBSD）以及拉伸和断裂韧性实验等方法，对TC4-DT钛合金的微观组织和断裂韧性进行了深入研究。

通过对材料的显微组织进行观察，分析了不同相组成、晶粒大小、晶体取向等因素对断裂韧性的影响。

三、结果与讨论1. 微观组织分析通过对TC4-DT钛合金的显微组织进行观察，我们发现该合金主要由α相和β相组成，其中α相为基体相，β相为强化相。

晶粒大小均匀，晶体取向多样。

2. 断裂韧性与组织结构的相关性实验结果表明，TC4-DT钛合金的断裂韧性与其微观组织结构密切相关。

其中，β相的含量和分布对断裂韧性影响显著。

当β相含量适中且分布均匀时，合金的断裂韧性较高。

此外，晶粒大小和晶体取向也对断裂韧性有一定的影响。

3. 预测模型的建立基于对TC4-DT钛合金的微观组织和断裂韧性的研究，我们建立了以下预测模型：首先，通过金相分析和EBSD技术获得材料的相组成、晶粒大小和晶体取向等参数；然后，利用多元线性回归分析方法，建立这些参数与断裂韧性之间的数学关系；最后，通过该数学模型对TC4-DT钛合金的断裂韧性进行预测。

四、结论本文研究了TC4-DT钛合金的断裂韧性与其组织结构的相关性，并建立了有效的预测模型。

Classified Index: TG406U.D.C: 621.791Dissertation for the Master Degree in EngineeringTC4 TITANIUM ALLOY DIFFUSION BONDED INTERFACE CHARACTERS AND SIMULATION OF THE VOIDS SHRINKAGECandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for: Speciality:Affiliation：Date of Defence:Degree-Conferring-Institution: Shen JunjunProf. Liu HuijieMaster of EngineeringMaterials processing Engineering School of Material Science and EngineeringJuly, 2007Harbin Institute of Technology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘 要钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而在航空航天领域获得广泛应用，其连接技术是工程应用中的关键技术之一。

本文采用扩散连接方法对两种不同晶粒尺寸的TC4钛合金分别进行了连接，对比研究了接头的界面特征及其随工艺参数的变化规律。

建立了扩散连接过程中界面孔洞闭合模型，并进行了模拟。

通过对界面孔洞的金相和统计分析可以发现，无论哪种晶粒尺寸的TC4钛合金，提高连接温度、增加连接压力或者延长连接时间都有助于减小界面孔洞的体积，提高接头界面接合率。

但在相同连接条件下，钛合金晶粒尺寸越小，界面孔洞闭合得越快，界面接合率越高。

对界面组织特征的分析表明，相较于连接温度和时间，连接压力对界面组织特征影响不大。

对β相的体积分数而言，钛合金晶粒尺寸较大时，其随着连接温度升高先减后增，随连接时间的延长先增后减；而晶粒较小时β相的体积分数随温度升高缓慢增大，随时间先增后减。

2014年4月第9卷　第2期失效分析与预防April ,2014Vol.9,No.2[收稿日期]2013年12月25日 [修订日期]2014年2月28日[基金项目]国家自然科学基金(61261031);江西省青年科学基金资助项目(20122BAB216016)[作者简介]吴伟(1970年-),男,副教授,主要从事无损检测及仪器等方面的研究㊂基于数字图像处理的TC4钛合金金相组织定量分析吴　伟1,吴剑剑1,张永华2,邬冠华1,卢　鹏1,吴　宇1,张士晶1(1.无损检测技术教育部重点实验室(南昌航空大学),南昌330063;2.湖北宜昌市特种设备检验检测所,湖北宜昌443005)[摘　要]通过对TC4钛合金显微组织的金相图片的研究,提出一种对金相定量分析的数字图像处理方法㊂以ImageJ 软件为工具,采用数字图像处理中的图像增强㊁阈值化㊁图像分割等数字化处理方法,计算出钛合金组织在不同热处理状态下α相所占比例,以及金相分析中其他的特征参数㊂研究结果表明:该数字图像处理方法可实现对TC4组织金相图片的处理,在TC4棒材锻件中α相占49.38%,长短轴比为1.458㊂[关键词]TC4;金相分析;数字图像处理;ImageJ 软件[中图分类号]TG113.14;TP391.41 [文献标志码]A doi :10.3969/j.issn.1673⁃6214.2014.02.004[文章编号]1673⁃6214(2014)02⁃0075⁃05Quantitative Analysis of Metallographic Organization of TC4Titanium Alloy Based on Digital Image ProcessingWU Wei 1,WU Jian⁃jian 1,Zhang Yong⁃hua 2,WU Guan⁃hua 1,LU Peng 1,WU Yu 1,ZHANG Shi⁃jing 1(1.Key Laboratory of Nondestructive Testing (Ministry of Education ),Nanchang Hangkong University ,Nanchang 330063,China ;2.Yichang Special Equipment Inspection and Research Institute of Hubei ,Hubei Yichang 443005,China )Abstract :To investigation the microstructure of TC4titanium alloy,this paper presents an approach of digital image processing that can realize the quantitative analysis of the microstructure of TC4titanium alloy.By the software ImageJ,the digital image processing techniques such as image enhancement,thresholding as well as image segmentation were employed to calculate the proportion of the α⁃phase and other characteristic parameters in the microstructure images of various heat treatment of Titaniumalloy.The results show it is a feasible method to obtain the microstructural characterization of TC4rod forging in which the percentage of α⁃phase is 49.38%and ratio of long axis and short axis is 1.458.Key words :TC4;metallographic analysis;digital image processing;software ImageJ0　引言TC4钛合金材料强度高,硬度高,抗疲劳和抗腐蚀性能显著,600℃温度左右状态下工作表现突出,并且TC4的密度仅为钢和镍基高温合金的一半,使得其在航天航空工业中应用广泛[1⁃2]㊂TC4材料在不同热处理状态下组织结构差异较大,表现为α相组织的形状和相对量不一样㊂金相组织定量分析方法为研究不同热处理状态下各相成份与材料性能之间关系意义重大㊂金相组织特征参数包括晶粒尺寸㊁复相合金中各相的相对量㊁界面曲率㊁位错密度㊁第二相粒子尺寸及分布等㊂如何准确地算出金相组织中各参数,是图像处理方法的主要研究方向㊂吴雪平等[3]开发的半固态金属金相组织的计算机软件系统,以及徐建林等[4]研发的铸造材料金相组织图像分析软件,这些系统自动化程度不高,而且准确率差;靳伍银等[5]以Matlab 为工具,提出一种对金相定量分析的数字图像处理方法,这类方法需要熟练Matlab 编程,且占用计算机内存大;其他的金相处理方法普遍存在自动化程度不高,准确率低,处理的过程不直观㊂本研究提出一种对金相定量分析的数字图像处理方法,可用于对处理的结果进行检查与修正,提高图像处理准确率㊂失效分析与预防第9卷1　TC4钛合金的ImageJ处理过程1.1　阴影校正金相样品在观察过程中,显微镜光轴不正㊁照度不均匀都可能会使得金相图片明暗不均匀,对晶界的提取干扰很大[6]㊂对此采用滚动球背景减法(Rolling ball algorithm,RBA)来修正不均匀的背景㊂设将二维灰度图中每个点对应的值看成第三维(高度),形成一个空间曲面㊂在曲面上放置一个给定半径的球必将滚落在该曲面的低洼处,将小球接触到的曲面部分称为背景㊂利用滑动抛物面将滚动球替换为与给定半径小球的顶点具有不同曲率的滑动抛物面,这就使得任何图像值都可以找到合适的抛物面㊂对于大的像素值的点,在沿x㊁y及2个斜45°方向上,旋转抛物面均可被近似为抛物线㊂利用这些滑动抛物线可对这些方向上的图像数值进行处理,为遍历整个曲面,需要多次使用同一方向上的抛物线对图像进行处理,因此只能在精度和速度之间进行折中选择㊂在滚动抛物面算法中为了降噪,使用一个3×3的背景作为应用对象,因此无论是使用滚动球还是滑动抛物面算法,在计算背景过程中都会对图像产生轻微的平滑效果,但在算法中可以有效的避免图像角落处的对象被当做背景而减去的现象发生(注意:滚动球总会接触到图像4个角中的像素,从而把他们当做背景像素)㊂以圆形结构元g(r=10)作为结构元,对平滑滤波后的图像I进行形态学的开运算(滚动球算法)以产生背景图像,即I B(I,g)=(IΘg)Y′g其中:(IΘg)(x)=min u∈D g x+u∈D I{I(x+u)-g(u)}; (IY′g)(x)=max u∈D g x-u∈D I{I(x-u)-g(u)};I:D I⊂Z2;R I⊂Z;g:D g⊂Z2㊂ 图1为背景增强效果图,可以看出来背景增强后金相图片中晶界更加清晰㊂1.2　图像增强灰度值0~255用直方图表示,灰度级太大导致图像模糊,通过变换使图像的像素占有的灰度级尽量集中[7]㊂图2调节前灰度值范围为0~ 255,变换后为108~255;变换后使图像更加明亮,黑白差异更加明显,轮廓更加清晰[8]㊂(a)Originalpicture(b)Background enhanced图1　背景增强效果图Fig.1　Background enhancedrenderings(a)Before adjustment(b)After adjustment图2　亮度调节Fig.2　Brightness adjustment67第2期吴　伟,吴剑剑,邬冠华,等:基于数字图像处理的TC4钛合金金相组织定量分析1.3　数值化二值化和阈值化统称数值化㊂图像进行二值化处理能使图像变得简单,不仅数据量减少,而且更能凸显感兴趣的目标轮廓㊂将所有灰度值小于阈值的像素点被判为特定物体,灰度值为0表示;否则这些点被排除在物体区域之外,灰度值为255,表示背景以及之外的物体区域㊂为便于边缘提取和图像分割将灰度图像(典型的是8位每像素)转换为黑白图像㊂从灰度图像获得这种黑白图像的过程通常称作为阈值化㊂采用ISODATA 算法[10]来确定阈值,如图3所示,阈值化后图片黑白分明,利于边缘提取㊂1.4　颗粒分析设置阈值将高于或低于阈值的值设置为黑或白,再设置目标的像素大小㊁圆度等参数来提取出颗粒㊂把颗粒选中后即可去除颗粒㊂有些小的噪声可以通过简单的去噪就可以实现,但是有些大的㊁大规模的噪声通过简单的去噪只能达到降噪的效果㊂要达到完全消除噪声,必须通过去除颗粒来实现㊂去除颗粒是把金相图片中一些影响边缘提取的噪声去掉,如图4所示㊂1.5　图像分割采用分水岭分割算法(Watershed segmenta⁃tion algorithm,WSA)对图像进行分割,相比其他的分割算法能够较好地提取对象轮廓,准确识别对象边界且运算量小等优点[9⁃11]㊂分割后的图片将琢相组织分成了若干个特定的,更利于提取的区域(图5)㊂(a)Before thresholding(b)After thresholding图3　阈值化效果图Fig.3　Thresholdingrenderings(a)Before particle extraction(b)Particle extraction(c)After particles extracted图4　去除颗粒Fig.4　Remove particulate extract2　TC4金相组织图片处理与结果分析2.1　图片处理本研究基于TC4合金的金相图片处理,大致过程为:原始图片→阴影校正→增强去噪→二值化→去噪点→图像分割→计算识别㊂图6为TC4材料金相图片从原始金相照片到TC4钛合金材料α相组织识别和提取的整个处理过程的直观显示㊂2.2　结果分析由图6可以看出该方法效果明显,TC4组织中的α相都准确识别到了,而且轮廓提取较精准,77失效分析与预防第9卷(a)Before the image segmentation(b)After the image segmentation图5　图像分割效果图Fig.5　Image segmentation renderings(a)Original image(b)Shadow remedy(c)Image enhancement(d)Thresholding (e)Binarization(f)Particle analysis(g)Remove particles(h)Again binarization（i）Image segmentation(j)Computational identification(k)Figure of final result图6　图像处理过程图Fig.6　Image processing没有出现过度分割现象㊂图7是TC4棒材锻件金相图片处理后的α相数据结果,包含了α相面积㊁长轴㊁短轴等数据信息㊂将Area列相加再除以总的像素即为α相面积比例,如1723652/ 3491484=0.4938,即可知α相比例为49.38%㊂将Feret和MinFeret列分别求均值为长短轴数值,如:Feret=147.705,MinFeret=101.302,长轴/短轴=147.705/101.302=1.458㊂3摇结论1)基于TC4合金棒材,以ImageJ软件为工具的数字图像处理结果显示,TC4合金棒材中α相占49.38%,长短轴比为1.458㊂2)提出的数字图像处理技术对TC4钛合金的金相组织定量分析,不仅可以测出不同相的相对量,以及金相分析中其他特征参数,还实现了对87第2期吴　伟,吴剑剑,邬冠华,等:基于数字图像处理的TC4钛合金金相组织定量分析图7　数据结果分析图Fig.7Data Analysis for 琢phrase in microstructure images of TC4alloy处理的过程保存,用于对处理的结果进行检查,且具有方便快捷㊁精度高㊁自动化程度高等优点㊂3)ImageJ 软件强大的图像处理工具箱为处理金相照片提供了很大的便利,函数齐全,编程方便,可实现对TC4钛合金组织金相图片进行处理和定量分析㊂其他多相组织定量也可以应用本研究提出的方法,为组织含量对力学性能影响的研究提供了必要的依据㊂参考文献[1]蒋少松.TC4钛合金超塑成形精度控制[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2009:1-2.[2]王召军.TC4合金高温形变工艺与显微组织特征[D].沈阳:东北大学,2009:1-15.[3]吴雪平,吴树森,毛有武,等.镁㊁铝合金半固态金相组织分析软件的开发[J].特种铸造及有色合金,2002(5):51-53.[4]徐建林,陈超,路阳,等.铸造铝青铜显微组织的计算机辅助分析[J].铸造,2004,53(10):819-822.[5]靳伍银,赵霞霞,祁晓玲,等.基于数字图像处理的GCr15轴承钢金相组织定量分析[J].兰州理工大学学报,2013,39(1):6-9.[6]王建萍,王家平,许建广.数字图像处理在定量金相分析中的应用[J].材料导报,2003,17(1):63-65.[7]张红旗,王春光,王全喜,等.数字图像处理技术在金相分析中的应用研究[J].农机化研究,2013(3):209-213.[8]张海军.基于数字图像处理技术的灰铸铁金相分析[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2008:9-12.[9]汪颖,刘奇,李成鑫.基于数学形态学的分水岭图像分割方法[J].四川大学学报:自然科学版,2004,41(增刊):457-460.[10]Liu Q J,Zhao Z M,Li Y X,et al.Feature selection based onsensitivity analysis of fuzzy ISODATA[J].Neurocomputing,2012,85:29-37.[11]Guo L H,Li J H,Yang S T,et al.Image segmentation usingan improved watershed algorithm[J].Journal of ShanghaiJiaotong University (Science),2004,9(2):16-19.97。

图 2.2 液压吸能型保险杠
液压吸能型保险杠的结构见图，保险杠横
梁内侧的加强件通过橡胶垫和液压缓冲减振器
里面的活塞杆相连，活塞杆是空心结构，里面
有浮动活塞，活塞将活塞杆里面的空腔隔成左
右两个腔，右腔里充满液压油，左腔里充满氮气，
活塞杆的外圆柱面和缓冲液压缸的内圆柱面之
间滑动配合，缓冲液压缸内的液压油和活塞杆
的右腔相通。

缓冲液压缸固定在车身加强件或
钛合金相变温度的测定与分析
关键词TC4
对钛合金的相变温度范围需要计算出具体的数值。

差热分析法和连续升温金相法对钛合金试样进行了测定，取得了相变温度范围。

文中对三种测试方法进行了分析，得出
关键词液压支架；推移装置 随着大型机械化设备在煤矿企业中的广泛应用，对煤矿安全生产产生了巨大的效益回报，为了进一步提高设备的再次利用率，减少投资成本，一些煤矿企业加强了对设备的维护力度，并返厂检修，对设备所出现的常见问题提出了相应的解决方法与技改方案，来进一步增加设备的
型掩护式液压支架在平凉新安矿使用中推移装置所出现的问题进行详细剖析以及在。

第３５卷２０１８年　第４期８月Ｖｏｌ ３５Ａｕｇｕｓｔ　Ｎｏ ４２０１８ＴＣ４ ＤＴ钛合金的相变过程原位观察王文盛１，刘向宏１，赵小花１，郝　芳１，张小航１，张　海２（１．西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室，陕西　西安　７１００１８）（２．航空工业成都飞机设计研究所，四川　成都　６１００９１）摘　要：利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的ＴＣ４ ＤＴ钛合金从室温升温至１２００℃过程中的组织演变，并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究。

结果表明，试样加热温度大于５００℃时，无需化学浸蚀即可以进行原位观察。

试样加热至９５０℃（Ｔβ－３５℃）时，可观察到球状α相逐渐消失，加热至１０００℃（Ｔβ＋１５℃）后观察不到球状α相，判断α→β相转变的温度区间应在９５０～１０００℃。

此外，正常组织试样加热至１０００℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象，而存在强织构的组织加热至１１７０℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象。

强织构会阻碍晶粒再结晶长大，只有加热至Ｔβ以上一定温度时，晶粒才能再结晶长大。

关键词：ＴＣ４ ＤＴ钛合金；原位观察；高温金相；强织构中图分类号：ＴＧ１４６ ２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９９６４（２０１８）０４ ００６ ０６Ｉｎ ｓｉｔｕＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰｈａｓｅＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｏｆＴＣ４ ＤＴＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙＷａｎｇＷｅｎｓｈｅｎｇ１，ＬｉｕＸｉａｎｇｈｏｎｇ１，ＺｈａｏＸｉａｏｈｕａ１，ＨａｏＦａｎｇ１，ＺｈａｎｇＸｉａｏｈａｎｇ１，ＺｈａｎｇＨａｉ２（１．ＮＬＥＬｆｏｒＳｐｅｃｉａｌＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙＭａｔｅｒｉａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＷｅｓｔｅｒｎＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｉ’ａｎ７１００１８，Ｃｈｉｎａ）（２．ＡＶＩＣＣｈｅｎｇｄｕＡｉｒｃｒａｆｔＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００９１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＴＣ４ ＤＴｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｔｅｘｔｕｒｅａｎｄｎｏｒｍａｌｔｗｏｔｉｓｓｕｅｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｆｒｏｍｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｔｏ１１７０℃ｂｙｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｈｏｔｏｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓａｍｐｌｅｃａｎｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｓｉｔｕｗｉｔｈｏｕｔｃｈｅｍｉｃａｌｅｔｃｈｉｎｇｗｈｅｎｔｈｅｈｅａｔｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ５００℃．Ｗｈｅｎｔｈｅｓａｍｐｌｅｉｓｈｅａｔｅｄｔｏ９５０℃（Ｔβ－３５℃），ｔｈｅｇｌｏｂｕｌａｒａｌｐｈａｐｈａｓｅｃａｎｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｔｏｄｉｓａｐｐｅａｒｇｒａｄｕａｌｌｙ，ａｎｄｔｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌａｌｐｈａｐｈａｓｅｃａｎｎｏｔｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｆｔｅｒｈｅａｔｉｎｇｔｏ１０００℃（Ｔβ＋１５℃）．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｏｆａｌｐｈａｔｏｂｅｔａｓｈｏｕｌｄｂｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｔ９５０～１０００℃．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｃｒｙｓｔａｌｂｏｕｎｄａｒｙａｎｄｇｒａｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｓｌｉｐｃａｎｂｅｏｂｓｅｒｖｅｄｗｈｅｎｔｈｅｎｏｒｍａｌｔｉｓｓｕｅｓａｍｐｌｅｓａｒｅｈｅａｔｅｄｔｏ１０００℃．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｓｔｒｏｎｇｔｅｘｔｕｒｅｎｅｅｄｔｏｂｅｈｅａｔｅｄｔｏ１１７０℃．Ｓｔｒｏｎｇｔｅｘｔｕｒｅｓｗｉｌｌｐｒｅｖｅｎｔｇｒａｉｎｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｆｒｏｍｇｒｏｗｉｎｇ．Ｏｎｌｙｗｈｅｎｈｅａｔｉｎｇｔｏａｃｅｒｔａｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｂｏｖｅｔｈｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｃａｎｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｇｒｏｗ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＣ４ ＤＴｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ；ｉｎ ｓｉｔｕｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ；ｓｔｒｏｎｇｌｙｔｅｘｔｕｒｅ收稿日期：２０１８－０１－０２基金项目：国家重点研发计划项目（２０１８ＹＦＢ１１０６０００）；陕西省重点研发计划项目（Ｓ２０１８ ＹＦ ＺＤＧＹ ０４１３）通信作者：张小航（１９８２—），男，工程师。