Определение геометрических параметров графитовых включений в микроструктуре серых чугунов методом автоматического анализа изображений ImageExpertPro 3

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

Введение

1. Металлография

Количественная металлография

Магнитная металлография

Стереометрическая металлография

2. Автоматизированные анализаторы изображений

3. Анализаторы изображений SIAMS

4. Влияние характеристик графита на свойства чугуна

4.1 Графит

4.2 Чугуны

5. Практическая часть

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

В моей курсовой работе можно выделить несколько целей:

Основной целью этой работы является исследование зависимости параметра формы Пф = Вытянутость/Дэкв. площади от размера графитовых включений.

Второй немаловажной целью является освоение и закрепление пройденного материала по предмету «Методы исследования материалов и процессов».

Последняя цель — это развить навыки использования компьютерных методов работы и исследований.

Чтобы достичь эти цели необходимо: во-первых, проанализировать литературу по данной теме, произвести моделирование начального изображения для того чтобы привести изображение к готовому варианту, чтобы снять с него параметры; во-вторых, необходимо снять с него необходимые расчеты заданных статистических характеристик включений с помощью ААИ, в моем случае вытянутость и диаметр; в-третьих произвести статистическую обработку полученных результатов в частности определить ширину доверительного интервала, погрешность, дальше представить полученные данные и данные полученные при помощи статистической обработки в виде графика. Обработать эти графики и выявить зависимость (если она есть).

анализатор изображение графит геометрический

1. Металлография

Металлография получила свое развитие около 200 лет тому назад. Первые опыты предпринял Реомюр (1683--1757 гг.). Путем травления он распознал различные сорта стали. Макроструктурные выявления он осуществлял без оптических вспомогательных средств. Он описал в 1774 г.: «Травление оказалось пригодным средством распознавать различные сорта железа и сталей по твердости, плотности и равномерности или неравномерности структуры»

В России первые металлографические исследования железа и его сплавов были проведены Аносовым П. П. (1799--1851 гг.). Работая на Златоустовском металлургическом заводе (1830--1835 гг.), П. П. Аносов, применивший микроскоп с целью изучения структуры стали и её изменений после ковки и термообработки, установил существование связи между свойствами стали и ее строением. Поэтому именно эти годы можно считать началом зарождения металлографии в России. В 60-х годах XIX века Видманштеттен и Сорби применили микроскоп для исследования строения железа метеоритов.

Черная металлургия является преимущественной отраслью развития экономики. Вот уже много лет Уральский регион занимает лидирующее место по выплавке чугуна и стали. Одним из основных течений развития черной металлургии является повышение качества продукции, что позволяет удовлетворить потребности в металле при меньших объемах производства. И все равно потребность страны в металле возрастает с каждым днем. Огромные обороты набирает также экспорт металлургической продукции. Дальнейшее увеличение производства черных металлов и их более разумное использование являются непременными условиями развития экономики Уральского региона.

Постоянное увеличение требований, предъявляемых к качеству черных металлов разных групп и классов, побуждает необходимость разработки комплексной системы контроля качества продукции. Продукция металлургии проходит комплексную проверку в заводской лаборатории по многим видам контроля.

Особое внимание привлекает металлография как наука о кристаллической структуре металлов и сплавов, видимой невооруженным глазом и с помощью микроскопа, являющейся наиболее информативной, и которая определяет необходимость проведения дальнейшего контроля продукции.

В последнее время одной из самых основных проблем стала — шлаковая, как одна из основных задач современной металлургии. Практическая значимость вопросов о неметаллических включениях в черных металлах происходит из того, что этими включениями во многом определяется качество получаемой продукции.

Задачу улучшения качества металлопродукции невозможно решить без информации о структуре металла. Объективную оценку качества структуры можно получить только методами количественной металлографии, основой которой является стереология.

Металлография -- течение в металловедении, классический метод исследования и контроля металлических материалов, подготовка и изучение строения структуры шлифа в оптическом микроскопе. Структуру выявляют с помощью травления, либо среза, шлифования и полирования образца.

Металлографические исследования важны во многих областях промышленности:

Металлургия

Автомобилестроение

Атомная промышленность

Энергетика

Аэрокосмическая промышленность

Научно-исследовательские, изыскательские работы в различных исследовательских и научных центрах, университетах, лабораториях

Пробоподготовка является одним из первых этапов для проведения металлографии. Качественное проведение пробоподготовки в конечном счете окажет положительный эффект на конечные результаты. От качества оборудования для пробоподготовки зависит очень многое.

Пробоподготовка -- это совокупность действий над изучаемым образцом, для перевода его в форму, наиболее подходящую для дальнейшего исследования.

Главная задача пробоподготовки -- подготовка вещества, материалов, компонентов анализа для определённого вида анализа. Пробоподготовка помогает повысить точность получаемых результатов, расширить исследуемый масштаб значений, повысить безопасность исследования, ускорить тест, улучшить воспроизводимость и свести к нулю погрешность результатов. В современном мире не обойтись без использования сложных технических устройств.

Этапы материалографической подготовки образцов:

1. Вырезка микрошлифа

2. Получение ровной поверхности (например при помощи токарного и фрезерного станка)

3. Шлифование

4. Полирование

5. Изучение поверхности микрошлифа до травления

5. Травление

Затем наступает этап анализа полученного образца:

1. Система анализа изображения (микроскопия) -- для распознавания структуры материала

2. Измерение твёрдости (твердометрия) -- определение физических свойств материала

Также вероятны другие методы получения образца для исследования. Например, получение реплики -- отпечатка поверхности.

В данное время существует огромное количество видов оборудования для выполнения задач по пробоподготовке.

1.1 Количественная металлография

Количественная металлография — это процесс, занимающийся изучением количественных характеристик микроструктуры.

Количественная металлография стала возможна относительно недавно, благодаря автоматическим анализаторам изображений (ААИ) и находится только в начале своего развития. Основные операции количественной металлографии — подсчет, измерение и классификация элементов, находящихся в поле зрения. Элементы пространственного микроскопического строения — различные микрочастицы (зёрна, кристаллиты, включения, выделения и др.), а также точечные, линейные, ареальные (плоскостные) образования (точки, линии и поверхности стыка микрочастиц). Результатом операций количественной металлографии могут быть, в сущности, количественные параметры зерна или объемные доли различных фаз в структуре сплава.

Последнее время отмечено особенно бурным развитием технического прогресса, что привело к значительному увеличению разрешающей способности микроскопов, а также объединяющий возможности микроскопа с персональной ЭВМ, что дало возможность создания аппаратно-программных комплексов.

Анализ работы разных лабораторий показал, что возможности ЭВМ применяются далеко не полностью. В большинстве из них ЭВМ применяются лишь для облегчения получения микрофотографий с помощью микроскопов и в немногих случаях для ведения баз данных. Однако перспективы обработки и анализа микрофотографий с помощью компьютерных программ, до сих не внедрены в практику повседневной работы лабораторий металлографического контроля.

В данное время в промышленности ручной контроль качества преобладает над автоматизированным. Основной причиной этого является сложность разработки методов автоматической обработки результатов контроля. Наибольший уровень автоматизации сейчас наблюдается в области визуального контроля качества, где используется автоматический анализ дефектоскопических изображений на базе систем технического зрения

Особенно важным для металлургии является умение избегать присутствия шлака в металле, а для металлографии владеть методами распознавания и характеристики неметаллических включений в отношении их природы, количества и формы, в которой они присутствуют.

1.2 Магнитная металлография

Николай Акулов в 1934 году и независимо от него Фрэнсис Биттер в 1931 году разработали методы порошковых фигур, позволяющие наблюдать доменную структуру ферромагнетика.

1.3 Стереометрическая металлография

Раздел науки о металлах, основой которого являются два принципа: объективный, строго количественный характер оценки микроструктуры и выбор геометрических параметров пространственного микроскопического строения в качестве критериев оценки.

2. Автоматизированные анализаторы изображений

(ААИ) [automatic image analyser] -- оборудование для определения характеристик и классификации изображений структуры образцов или изделий, включающий оптический микроскоп, ТВ-камеру, контрольный телеэкран и ЭВМ для обработки и выдачи данных. Контрольный телеэкран служит для наблюдения микроструктуры, выбора полей и контроля результатов измерений. Вместо шлифов на ААИ можно оценивать фотографии микроструктуры.

Наиболее, известны ААИ «Квантимет» ф. «Cambridge Instruments» (Великобритания). Так, «Квантимет 720» автоматически выбирает заданные структурные составляющие, оценивает их кол-во, классифицирует по размерам, форме, ориентировке, оптической плотности и т. д. Многие металлургические лаборатории отечественных научных и промышленных предприятий оснащены ААИ «Эпиквант» ф. «Karl Zeiss, Jena» (Германия), значительно в связи с механической системой сканирования уступают по производительности ААИ «Квантимет». Новейшие ААИ, напр. «TAS plus» ф. «Leitz» (Германия), «IBAS 2000» ф. «Opton» (Германия) и «Маужискан-2» ф. «Jouce Loebl» (Великобритания), -- многофункциональные системы автоматического количественного анализа изображений по оптическим и геометрическим хар-кам с последующей, обработкой данных на ЭВМ. Эти приборы позволяют изменять исходные изображения: усиливать контрастность структурных состав., делать более четкими границы между ними, цветокодировать их и т. д.; ситовой анализатор [size analyser] -- грохот для лабораторного анализа проб по грануло-метрическому составу, просеивание в к-ром ведется через набор (комплект) сменных плоских сит. Широко применяется в металлургии, например, для классификации металлических порошков и т. п.

3. Анализаторы изображений SIAMS

Автоматизированные анализаторы изображений SIAMS — профессиональный инструмент анализа изображений нового поколения.

Только в анализаторах изображений SIAMS впервые концептуально решена автоматизация анализа изображений. Причем, что особо важно для пользователя, решена визуальными средствами, а не закодировано посредством макросов как в других программных продуктах. Автоматизированный анализ изображений стал возможен вследствие использованию электронных таблиц для анализа изображений (Smart Imaging SpreadsheetTM).

Электронные таблицы для анализа изображений представляют собой:

естественная автоматизация процесса анализа; сократить рутинные, повторяющиеся операция стало еще проще; собрав однажды последовательность операций анализа изображений, вам достаточно сохранить ее, и решение готово; новое изображение обработается по сохраненному алгоритму автоматически; визуальный контроль за анализом; все промежуточные этапы, а также результат обработки изображения видны в ячейках электронной таблицы; пользователь имеет уникальную возможность непосредственно наблюдать за корректностью исполнения алгоритма обработки и анализа изображения; операции обработки изображений содержат инструменты удобной настройки параметров, а также средства ручного редактирования и аннотирования результатов; ячейки электронных таблиц для анализа изображений могут содержать разные типы данных: числа, изображения, графики, гистограммы, цепочки функций, Java-макросы; на базе технологии электронных таблиц для анализа изображений разработаны специальные таблицы-шаблоны, направленные на автоматизированное решение определенной задачи; к ним относятся: «Пакетная обработка», «Генератор Web-альбома», «Измерение углов и длин», «Измерение объектов», «Сшивка изображений», «Реконструкция сфокусированного изображения» (см. подробнее).

Области применения автоматизированных анализаторов изображений SIAMS

Материаловедение

Биология и медицина

Петрография и минералогия

Нанотехнологии

Распознавание символов/ Распознавание различных типов маркировок

4. Влияние характеристик графита на свойства чугуна

4.1 Графит. Его свойства и применение

Графит (от греч. — пишу) — это минерал, наиболее устойчивый при нормальных условиях кристаллическая модификация углерода. Графит огнеупорен, обладает электропроводностью; твёрдость графит по минералогической шкале Мооса — 1; плотность графита 2230 кг/м3.

Графит получают нагреванием антрацита без доступа воздуха.

Применение графита

В литейном производстве используют кристаллический литейный графит и скрытокристаллический графит. При производстве стали графит применяют для науглероживания, а также для смазки — в прокатном производстве.

Свойства графита

В отличие от другой аллотропной формы углерода — алмаза — графит обладает электропроводными свойствами и является полуметаллом (это свойство графита используется при производстве электродов).

Графит не плавится, а возгоняется при 3500°, то есть минуя жидкую фазу, переходит в газообразное состояние, но если одновременно с повышением температуры повышать давление до 1000 атм (98 МПа), то можно получить расплавленный графит. Это открытие было сделано при изучении свойств алмаза с целью синтезировать его. Однако получить алмаз из расплавленного графита не удалось.

Кристаллическая решетка графита

Кристаллическая решетка графита состоит только из атомов углерода. Кристаллической решетке графита присуща ярко выраженная слоистая структура, расстояние между слоями 0,335 нм. В кристаллической решётке графита каждый атом углерода связан с тремя другими окружающими его атомами углерода. Кристаллическая решетка графита бывает двух типов: гексагональная (б-графит) и ромбоэдрическая (в-графит, метастабильная форма). Атомы углерода каждого слоя кристаллической решётки б-графита расположены напротив центров шестиугольников, находящихся в соседних (нижнем и верхнем) слоях; положение слоев повторяется через один, каждый слой сдвинут относительно другого в горизонтальном направлении на 0,1418 нм (укладка АВАВА). В ромбоэдрической решетке в-графита положение плоских слоев повторяется не через один слой, как в гексагональной решётке, а через два. Несмотря на то, что в-графит метастабилен, в природном графите его содержание может доходить до 30%. При температурах 2230−3030°С ромбоэдрический графит полностью переходит в гексагональный. Альфа-графит и бета-графит обладают сходными физическими свойствами (за исключением несколько отличающейся структуры графена).

Электропроводность кристаллов графита анизотропна: близка к металлической в направлении, параллельном базисной плоскости, и на порядок меньше в перпендикулярном направлении. Анизотропия характерна также для звукопроницаемости (акустических свойств) и теплопроводных свойств графита.

Форма графита

Графит — это также микроструктурная составляющая серого, ковкого, высокопрочного чугунов и чугуна с вермикулярным графитом. Графит в чугуне в основном состоит из углерода и предопределяет специфические свойства чугуна. Поэтому, количество графита в чугуне определяется содержанием углерода. Для обеспечения хороших литейных свойств чугуна углерода должно быть не меньше 2,4%.

Классификации графита по форме

В зависимости от формы различают графит:

1) пластинчатый чугун),

2) вермикулярный (чугун с вермикулярным графитом);

3) хлопьевидный (ковкий чугун);

4) шаровидный (высокопрочный чугун). Рис. 1.

классификация графита по форме.

Графит в чугуне по сравнению с металлической матрицей обладает низкими механическими свойствами, и графитовые включения можно рассматривать как пустоты, трещины. Свойства чугуна зависят от количества графита и его формы. Самой неблагоприятной формой является пластинчатый графит (можно сравнить с трещинами, надрывами внутри металла). По мере скругления включений графита прочностьи пластичность чугуна увеличиваются (высокопрочный чугун). Структура графита в чугунах большинства отливок формируется при кристаллизации чугуна, т. е. при затвердевании отливок.

Графит в чугуне классифицируют не только по форме, но и по размерам включений, его количеству (для пластинчатого и шаровидного графита) и распределению (пластинчатый графит) в структуре чугуна.

Графитизация

Графитизация (graphitization) — процесс образования графита в железоуглеродистых, никелевых, кобальтовых сплавах и др., в частности — в чугунах и сталях. Графитизация может иметь место в металлических сплавах, в которых углерод содержится в виде нестойких карбидов (химических соединений углерода с металлами).

4.2 Чугуны

Чугуны -- это железоуглеродистые сплавы, содержащие более 2% углерода и затвердевающие с образованием эвтектики. В отличие от стали чугуны обладают низкой пластичностью. Однако, благодаря высоким литейным свойствам, достаточной прочности и относительной дешевизне, чугуны нашли широкое применение в машиностроении.

Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах. Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают предельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Предельные и специальные чугуны используются для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20% всех выплавляемых чугунов используют для изготовления отливок.

Графитизация чугунов

Графитизацией называется процесс выделения графита при кристаллизации или охлаждении чугунов. Графит может образовываться как из жидкой фазы при кристаллизации, так и из твердой фазы. В соответствии с диаграммой Fe--C ниже линии C’D' образуется первичный графит, по линии E’C’F' -- эвтектический графит, по линии Е’S' -- вторичный графит и по линии P’S’К'-- эвтектоидный графит.

Графитизация чугуна и ее полнота зависит от скорости охлаждения, химического состава и наличия центров графитизации.

Влияние скорости охлаждения обусловлено тем, что графитизация чугуна протекает очень медленно и включает несколько стадий:

бразование центров графитизации в жидкой фазе или аустените;

диффузия атомов углерода к центрам графитизации;

рост выделения графита.

При графитизации цементита добавляются стадии предварительного распада Fe3C и растворение углерода в аустените. Чем медленнее охлаждение чугуна, тем большее развитие получает процесс графитизации.

Классификация чугунов

Белые чугуны -- получаются при ускоренном охлаждении и при переохлаждении жидкого чугуна ниже 1 147 °С, когда в силу структурных и кинетических особенностей будет образовываться метастабильная фаза Fe3C, а не графит. Белые чугуны, содержащие связанный углерод в виде Fe3C, отличаются высокой твердостью, хрупкостью и очень трудно обрабатываются резанием. Поэтому они как конструкционный материал не применяются, а используются для получения ковкого чугуна путем графитизирующего отжига.

Серые чугуны -- образуются только при малых скоростях охлаждения в узком интервале температур, когда мала степень переохлаждения жидкой фазы. В этих условиях весь углерод или его большая часть графитизируется в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в виде цементита составляет не более 0,8%. У серых чугунов хорошие технологические и прочностные свойства, что определяет широкое применение их как конструкционного материала.

Половинчатые чугуны -- занимают промежуточное положение между белыми и серыми чугунами, и в них основное количество углерода (более 0,8%) находится в виде Fe3C. Чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита.

Промышленные чугуны содержат 2,0−4,5% С, 1,0−3,5% Si, 0,5−1,0% Mn, до 03% Р и до 0,2% S. Наиболее сильное положительное влияние на графитизацию оказывает кремний. Меняя содержание кремния, можно получать чугуны с различной структурой и свойствами. Структурная диаграмма приближенно указывает границы структурных областей в зависимости от содержания кремния и углерода при содержании 0,5% Mn и заданной скорости охлаждения (при толщине стенки отливки 50 мм).

Марганец препятствует графитизации, увеличивая склонность чугуна к отбеливанию. Сера является вредной примесью. Ее отбеливающее влияние в 5−6 раз выше, чем марганца. Кроме того, сера снижает жидкотекучесть, способствует образованию газовых пузырей, увеличивает усадку и склонность к образованию трещин. Фосфор не влияет на графитизацию и является полезной примесью, увеличивая жидкотекучесть серого чугуна за счет образования легкоплавкой (950−980) ° С фосфидной эвтектики.

Рис. 2. Структурная диаграмма:

1 -- белые чугуны; 2 -- половинчатые чугуны; 3, 4, 5 -- серые чугуны на перлитной, феррито-перлитной и ферритной основе соответственно

Таким образом, регулируя химический состав и скорость охлаждения можно получать в отливках нужную структуру чугуна.

Классификация серых чугунов

Серый чугун можно рассматривать как структуру, которая состоит из металлической основы с графитными включениями. Свойства чугуна зависят от свойств металлической основы и характера графитных включений.

Металлическая основа может быть: перлитной, когда 0,8% С находится в виде цементита, а остальной углерод в виде графита; феррито-перлитной, когда количество углерода в виде цементита менее 0,8% С; ферритной, когда углерод находится практически в виде графита.

В зависимости от формы графитных включений серые чугуны классифицируются на:

чугун с пластинчатым графитом;

чугун с хлопьевидным графитом (ковкий чугун);

чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун);

чугун с вермикулярным графитом.

Рис. 3. Классификация чугунов по структуре металлической основы и в форме графитовых включений.

Рис. 4. Различные формы графита в чугуне:

а) пластинчатый графит; б) хлопьевидный графит; в) шаровидный графит; г) вермикулярный графит. Ч 200

По сравнению с металлической основой графит имеет низкую прочность. Поэтому графитовые включения можно считать нарушениями сплошности (пустотами) в металлической основе, и чугун можно рассматривать, как сталь, пронизанную включениями графита, ослабляющими его металлическую основу. Вместе с тем наличие графита определяет и ряд преимуществ чугуна: хорошая жидкотекучесть и малая усадка; хорошая обрабатываемость резанием (графит делает стружку ломкой); высокие демпфирующие свойства; антифрикционные свойства и др.

В отдельную группу при классификации выделены чугуны со специальными свойствами. Как правило, эти чугуны легированные и делятся по назначению на следующие виды: антифрикционные, износостойкие, жаростойкие, коррозионностойкие, жаропрочные.

Чугуны с шаровидным графитом как конструкционный материал

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом или ВЧШГ — это конструкционный материал, обладающий высокими прочностными свойствами и хорошими эксплуатационными характеристиками. Отличительной особенностью рассматриваемого чугуна является весьма компактная, почти шаровидная форма включений графита, имеющая наименьшее отношение поверхности к объему и в наименьшей степени ослабляющая рабочее сечение отливки. Кроме того, шаровидная форма включений графита не оказывает такого сильного надрезывающего действия на металлическую основу, как пластинчатая форма, и способствует уменьшению концентрации напряжений вокруг включений графита.

Второй отличительной особенностью чугуна с шаровидным графитом является то, что в нем можно в широких пределах изменять структуру металлической основы. Выбирая соответствующий состав исходного чугуна, применяя надлежащую технологию производства и соответствующие методы термической обработки, можно получать чугун с различной структурой металлической матрицы (перлитной, перлито-ферритной, феррито-перлитной, ферритной, сорбитной, мартенситной, аустенитной), а, следовательно, и с различными физическими, прочностными, эксплуатационными и технологическими свойствами.

В зависимости от структуры металлической матрицы могут быть получены различные показатели перечисленных свойств. Так, например, перлитная структура характеризуется высокими показателями предела прочности при растяжении и сравнительно низкими показателями по удлинению. Чугун с перлитной структурой обладает высокой износостойкостью. Ферритная структура характеризуется высокими показателями относительного удлинения и несколько пониженными показателями по пределу прочности при растяжении.

Шаровидная форма включений графита и возможность варьировать структурой металлической основы в широких пределах позволили придать чугуну весьма высокие прочностные и эксплуатационные свойства, недостижимые ранее в литом состоянии ни в одном из существующих видов чугуна.

Чугун с шаровидным графитом обладает высокими значениями пределов прочности при растяжении, сжатии и изгибе, четко выраженным пределом текучести, заметным удлинением в литом состоянии и высоким удлинением после отжига, достаточно высокой ударной вязкостью после термической обработки и т. п. Он также обладает весьма удовлетворительными литейными свойствами (хорошей жидкотекучестью, малой линейной усадкой, незначительной склонностью к образованию горячих трещин и т. п.), хорошо поддается механической обработке, может подвергаться сварке, заварке литейных дефектов, автогенной резке и т. п. Его эксплуатационные свойства также положительны -- он обладает высокой износостойкостью, хорошими антифрикционными свойствами, высокой жаростойкостью (при легировании алюминием или кремнием).

Перечисленные положительные свойства чугуна с шаровидным графитом позволяют использовать его для изготовления деталей ответственного назначения в целях повышения качества, надежности и долговечности машин и механизмов.

Вывод:

Исследование микрошлифов металлов целиком сводится к анализу и интерпретации их изображений, в связи с чем представляется актуальным создание автоматизированной системы обработки изображений микрошлифов. От совершенствования средств и методов автоматизированного анализа изображений зависит достоверность и объективность решения задач контроля и управления технологическими процессами обработки металлов.

5. Практическая часть

Задача: исследовать зависимость параметра формы Пф = Вытянутость/Дэкв. площади от минимального размера графитовых включений.

Для выполнения металлографических исследований необходимы специально подготовленные образцы — металлографические шлифы. Изготовление образцов для оптической микроскопии включает следующие операции: вырезка образца, шлифование, полирование, травление (при необходимости). Место вырезки выбирают так, чтобы образец был типичен для данной детали. При неоднородной структуре образцы вырезают из каждой характерной зоны. Исследования микроструктуры этих образцов проводят с помощью микроскопов, работающих в отраженном свете. Полученный результат фиксируется с помощью цифровой камеры. После проведения всех необходимых операции можно преступить к обработке изображения.

Рис. 5. Исходное изображение

Подготовка изображения

С помощью тональной коррекции подавили отдельные цветовые составляющие на изображении, чтобы это сделать мы изменили: яркость-62, контрастность-83, гамма-1,5 (рис. 6).

Следующим шагом произвел бинаризацию изображения, для того сделать рисунок черно-белым. Все точки, значения, интенсивности которых не соответствуют заданному уровню стали черными, а остальные белыми (рис. 7)

Следующим шагом произвел замыкание, для того чтобы соединить разрывы элементов структуры. Затем произвел удаление пор. Этот фильтр позволяет удалить замкнутые поры внутри объекта (рис. 8).

Последним шагом сделал фильтр удаление граничных объектов. Этот фильтр служит для удаления граничных объектов активного цвета (рис. 9).

Рис. 6. изображение после тональной коррекции.

Рис. 7. изображение после бинаризации.

Рис. 8. изображение после фильтра замыкание и удаление пор.

Рис. 9. изображение после фильтра удаление граничных объектов.

Исследование готового изображения

Масштаб 1: 0,701 мкм

Всего измерении: 1090

Минимальный размер = 2

Максимальный размер = 2879

Шаг = (lgmax — lg min)/8 = (lg2879 — lg2)/8 = (7,965 — 0,693)/8 = 0,909

ln

ln =0. 693+0. 909=1. 602 (группа 2 — зеленый цвет)

ln = 2. 511 (группа 3 — желтый цвет)

ln = 3,42 (группа 4 -синий цвет)

ln = 4,329 (группа 5 — красный цвет)

ln = 5. 238 (группа 6 — оранжевый цвет)

ln = 6,147 (группа 7 -розовый цвет)

ln = 7,056 (группа 8 — фиолетовый цвет)

ln = 7,956 (группа 9 — болотный цвет)

Графитовые включения разбитые на 9 групп

Все графитовые включения были разбиты по размерам площадей на 9 групп.

В 1 группе включения с площадью 0,909 отсутствуют, так как минимальная площадь включений 2 (приложение 1).

Во 2 группе графитовые включения с площадью до 4,909 имеются и они выделены зеленым цветом, но они очень малы и из-за этого на рисунке их плохо видно, чтобы их увидеть пришлось увеличивать рисунок (приложение 2).

В 3 группе графитовые включения с площадью от 4,909 до 12,11 присутствуют, они выделены желтым цветом. В 4 группе включения с площадью от12,11 до 29,87 выделены синим цветом. Их как и 2 группу нельзя рассмотреть невооруженным взглядом из-за этого пришлось их также увеличивать (соответственно приложение 3 и приложение 4).

В 5 группе гр. вкл. с площадью от 29,87 до 73,68 выделены красным. В ней как и во всех последующих, вкл. с соответственным цветом хорошо видны (приложение 5).

В 6 группе вкл. с площадью от 73,68 до 181,75 выделены оранжевым (приложение 6).

В 7 группе вкл. с площадью от 181,75 до 448,32 выделены розовым цветом (приложение 7).

В 8 группе вкл. с площадью от 448,32 до 1105,86 выделены фиолетовым цветом (приложение 8).

В 9 группе вкл. с площадью от 1105,32 до 2703,52 выделены болотным цветом (приложение 9).

По данным, которые были получены в ходе работы, проводились расчеты. Были найдены параметры для вытянутости и для диаметра, ни приведены в таблице 1 и в таблице 2:

Таблица 1 с вычислениями

диаметр

Площадь объекта

среднее значение

коэфф. стьюдента

кол-во изм-ий

кол-во изм-ий -1

станд. отклон.

доверит. интервал

погрешн.

0,909

19,5

1,96 214

1090

1089

0,408

0,2 424

0,84 025

4,909

19,56

1,96 217

1077

1076

0,408

0,2 439

0,84 039

12,11

20,92

1,96 235

994

993

0,414

0,2 577

0,85 377

29,87

23,53

1,96 275

853

852

0,419

0,2 816

0,86 616

73,68

26,55

1,96 328

716

715

0,413

0,0303

0,8563

181,75

30,01

1,96 408

577

576

0,392

0,3 205

0,81 605

448,32

34,84

1,966

394

393

0,368

0,3 645

0,77 245

1105,86

43,29

1,97 867

128

127

0,458

0,0801

0,9961

2703,52

60,54

12,7062

1

0

0

0

0

вытянутость

0,909

1,49

1,96 214

1090

1089

0,016

0,95

0,3 295

4,909

1,46

1,96 217

1077

1076

0,015

0,89

0,0309

12,11

1,47

1,96 235

994

993

0,016

0,99

0,033

29,87

1,52

1,96 275

853

852

0,017

0,114

0,3 514

73,68

1,53

1,96 328

716

715

0,019

0,139

0,3 939

181,75

1,52

1,96 408

577

576

0,022

0,0018

0,0458

448,32

1,51

1,966

394

393

0,027

0,267

0,5 667

1105,86

1,5

1,97 867

128

127

0,042

0,734

0,9 135

2703,52

1,43

12,7062

1

0

0

0

0

Таблица 2 с вычислениями

Пф

площадь

погр

Пф-?

Пф+?

дов инт

дов+?

дов-?

0,7 641

0,909

0,117

0,7 524

0,7 758

0,29

0,7 671

0,7 612

0,7 464

4,909

0,115

0,0735

0,7 579

0,0003

0,0749

0,7 434

0,7 027

12,11

0,109

0,6 918

0,7 135

0,33

0,071

0,6 994

0,0646

29,87

0,95

0,6 365

0,6 554

0,0004

0,065

0,0642

0,5 763

73,68

0,85

0,5 678

0,5 848

0,0005

0,5 809

0,5 717

0,5 065

181,75

0,82

0,4 983

0,5 147

0,51

0,5 117

0,5 013

0,4 334

448,32

0,95

0,4 239

0,4 429

0,67

0,044

0,4 267

0,3 465

1105,86

0,212

0,3 253

0,3 677

0,323

0,3 789

0,3 142

0,2 362

2703,52

0

0,2 362

0,2 362

0

0,2 362

0,2 362

Зависимости параметра формы (Пф) от площади показаны на графике 1 и 2:

График 1(параметр±погрешность)

График 2(параметр±доверительный интервал)

Выводы

Проанализировав график зависимости количества измерений от площади можно заметить, что с увеличением площади объекта их численность уменьшается.

Проанализировав график зависимости параметра формы от минимального размера графитовых включений можно заметить, что с 1−5 точку зависимость резко уменьшается, минимальный размера графитовых включений на данном участке составляет 0,909−73,68. Параметр формы на данных участках имеет значение 0,07−0,05. Параметр формы на данном участке уменьшился в 1,4 раз. Данные по этим точкам представлены в приложениях с 1 по 5. С 5 по 8 участок замечено плавное уменьшение параметра формы, его значения находятся в области от 0,05 до 0,02. На этом участке параметр формы уменьшился в 2,5 раза, эти данные говорят нам о том что по форме данные включения напоминают кляксы, в этом можно убедиться, взглянув на рисунок с 11 по 13. Их количество не велико, в этом можно удостовериться, взглянув на последние три гистограммы распределения в приложениях 5−7. Минимальный параметр формы точке 8 равен 0,024, а максимальный в точке 1 он равен 0,076. Параметр формы уменьшился в 3,16 раз.

Анализируя оба графика можно сказать что исследования проводились с высокой точностью. На графиках видно что погрешность и доверительный интервал очень малы. Графики сходятся в последних точках, поскольку в приложении 9. Еще что с ростом графитовых включении возрастает погрешность. В целом, можно увидеть то, что включений с маленьким диаметром больше, чем включений с большим диаметром. На данных графиках в промежутке 7−8 заметно сильное отдаление данных графиков от основной линии. Значение доверительного интервала в данной точке 0,030,003, а значение погрешности равно 0,03 Можно сказать что Параметр формы Вытянутость/Dэкв. пл. зависит от минимального размера учитываемых графитовых включении.

Программу ImageExpert Pro 3 могу охарактеризовать как хорошую программу для анализа изображений микроструктур. Она имеет удобный интерфейс с различными широкими функциями. Позволяет делать достаточно точные измерения, от чего в свою очередь зависит результат. Но в ходе работы я так же столкнулся с его недостатками. При выводе результатов программа почему-то не всегда указывала количество вычислении, которая в свою очередь нам было необходима.

Общий вывод

Проанализировав все вышеприведенные данные я полагаю что зависимость между параметром формы Пф = Вытянутость/Дэкв. площади и минимальным размером графитных включений есть, но она не линейна, а имеет сложный характер. График данной зависимости можно разбить на 2 участка с 1 по 5 точку и с 5 по 8 точку. На данных участках значение параметра формы Пф = Вытянутость/Дэкв. площади изменяется по разному, на первом участке уменьшение параметра формы происходит в 1,4 раза, а на втором в 2,5 раза. Это говорит о том что параметр формы изменяется не пропорционально, и каждый из данных участков представляется интересным для дальнейшего изучения.

Список литературы

Панов А. Г. Исследование микроструктуры методами автоматического анализа изображения ImageExpert Pro 3 и ImageExpert Sample 2: Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу «Методы исследования материалов и процессов». — Наб. Челны: ИНЭКА, 2009

Панов А. Г. Методы исследования материалов и процессов: Методические указания на курсовое проектирование. — Наб. Челны: ИНЭКА, 2009

Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М: «Металлургия», 1976

Степанова Н. Н. Методы исследования материалов и процессов. — Екатеренбург: УГПУ, 2006

Салтыков С.А. «Стереометрическая металлография»

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

1 группа: =0,909

Рис. 6. Графитовых включений нет

Всего измерений 1090

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

480 917,00

441,21

15,468

3,00

2916,00

Процент по площади анализа

7,53

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

19,50

0,408

1,95

60,93

Длина объекта, пикс

-

26,90

0,646

2,00

157,90

Ширина объекта, пикс

-

18,45

0,416

1,00

80,94

Вытянутость

-

1,49

0,016

1,00

8,00

Средний диаметр, пикс

-

22,68

0,517

2,00

103,41

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,32

0,030

4,00

11,08

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

2 группа:

Рис. 7. Графитовые включения выделены зеленым цветом.

Рис. 7.1. увеличенное графитовое включение.

Всего измерений 1077

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

475 052,00

441,09

15,437

5,00

2879,00

Процент по площади анализа

7,44

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

19,56

0,408

2,52

60,54

Длина объекта, пикс

-

26,64

0,646

3,00

155,91

Ширина объекта, пикс

-

18,24

0,412

2,00

80,97

Вытянутость

-

1,46

0,015

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

22,44

0,515

2,50

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,20

0,030

4,00

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

группа 3:

Рис. 8. Графитовые включения выделены желтым цветом.

Рис. 8.1. увеличенное графитовое включение

Всего измерений 994

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

474 324,00

477,19

16,209

13,00

2879,00

Процент по площади анализа

7,42

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

20,92

0,414

4,07

60,54

Длина объекта, пикс

-

28,56

0,665

4,00

155,91

Ширина объекта, пикс

-

19,53

0,421

3,52

80,97

Вытянутость

-

1,47

0,016

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

24,04

0,527

4,00

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,27

0,031

4,02

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

группа 4:

Рис. 9. Графитовые включения выделены синим цветом

Рис. 9.1. увеличенное графитовое включение

Всего измерений 853

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

471 364,00

552,60

17,601

30,00

2879,00

Процент по площади анализа

7,38

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

23,53

0,419

6,18

60,54

Длина объекта, пикс

-

32,31

0,695

6,66

155,91

Ширина объекта, пикс

-

21,94

0,439

4,24

80,97

Вытянутость

-

1,52

0,017

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

27,13

0,546

6,30

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,37

0,035

4,37

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

группа 5:

Рис. 10. Графитовые включения выделены красным цветом

Всего измерений 716

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

464 740,00

649,08

18,939

74,00

2879,00

Процент по площади анализа

7,27

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

26,55

0,413

9,71

60,54

Длина объекта, пикс

-

36,62

0,723

10,90

155,91

Ширина объекта, пикс

-

24,82

0,449

6,97

80,97

Вытянутость

-

1,53

0,019

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

30,72

0,557

10,07

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S)

-

5,47

0,040

4,41

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Группа 6:

Рис. 11. Графитовые включения выделены оранжевым цветом

Всего измерений 577

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

448 325,00

776,99

20,143

182,00

2879,00

Процент по площади анализа

7,02

0,01

0,000

0,00

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

30,01

0,392

15,22

60,54

Длина объекта, пикс

-

41,58

0,761

16,76

155,91

Ширина объекта, пикс

-

28,27

0,449

10,13

80,97

Вытянутость

-

1,52

0,022

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

34,92

0,564

15,34

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,58

0,047

4,41

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

группа 7:

Рис. 12. Графитовые включения выделены розовым цветом

Всего измерений 394

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

391 988,00

994,89

21,962

452,00

2879,00

Процент по площади анализа

6,14

0,02

0,000

0,01

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

34,84

0,368

23,99

60,54

Длина объекта, пикс

-

48,76

0,884

25,04

155,91

Ширина объекта, пикс

-

33,26

0,470

15,41

80,97

Вытянутость

-

1,51

0,027

1,00

4,19

Средний диаметр, пикс

-

41,01

0,608

24,34

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

5,77

0,062

4,41

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

группа 8:

Рис. 13. Графитовые включения выделены фиолетовым цветом

Всего измерений 128

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

191 084,00

1492,84

33,586

1107,00

2879,00

Процент по площади анализа

2,99

0,02

0,001

0,02

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

43,29

0,458

37,54

60,54

Длина объекта, пикс

-

62,94

1,776

39,24

155,91

Ширина объекта, пикс

-

42,52

0,748

28,54

80,97

Вытянутость

-

1,50

0,042

1,01

3,47

Средний диаметр, пикс

-

52,73

1,109

38,19

102,42

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

6,23

0,129

4,55

10,63

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

группа 9:

Рис. 14. Графитовые включения выделены болотным цветом

Всего измерений 1

Параметр

Сумма

Среднее

Отклонение

Минимальное

Максимальное

Площадь объекта, пикс2

2879,00

2879,00

0,000

2879,00

2879,00

Процент по площади анализа

0,05

0,05

0,000

0,05

0,05

Диаметр окружности эквивалентной площади, пикс

-

60,54

0,000

60,54

60,54

Длина объекта, пикс

-

105,86

0,000

105,86

105,86

Ширина объекта, пикс

-

71,21

0,000

71,21

71,21

Вытянутость

-

1,49

0,000

1,49

1,49

Средний диаметр, пикс

-

88,54

0,000

88,54

88,54

Параметр формы [ P/sqrt (S) ]

-

8,24

0,000

8,24

8,24

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой