金相晶粒度定量评定技术进展

村长

摘要:概括分析了金相晶粒度定量评定中的关键技术，并对国内外在金相晶粒度评定技术力-
而的进展情况进行了分析。最后对晶粒度评定技术的发展进行了展望，针对复杂的金相图像，其晶
界的准确提取与重建难题可望得以解决，有望利用晶粒度评定软件实现自动化的或者是较少人为
十预的晶粒度、混合晶粒度等的定量评定，以史好地满足生产实际中金属晶粒度评定的需求。
    关键词:金相晶粒度;定量评定;晶粒度评定软件;自动化
    中图分类写‘工、(_113曰文献#d;志码:八文章编5 :1001-}012<2012)12-081通-0}

      孙朝明，孟玉堂，杨桂珠
(中国下程物理研究院机械制造下艺研究所，绵阳621900)

村长

    绝人多数金属材料是山许多细小的晶粒组成，晶粒与晶粒之问的界而称为晶界。晶粒尺寸对金属

材料的强度、韧性、塑性等力学性能具有决定性的影。晶粒度是金属材料加工，特别是热加工工艺中

需要严格控制的技术指标。金相检验中经常需要对材料的晶粒度进行定级评价。

    传统的金相图像分析和识别是在光学显微镜下按经验观察，获得金属或合金的组织形态分析报告;这种力一法依赖于检测人员的经验水平，并目‘使用手工测量力一法定量评定晶粒度，费时费力。随着数字图像处理与分析技术的迅速发展，金相图像分析的

定量化和自动化程度逐渐提高，但在评定结果的准确性和有效性力一而还需要进行改进，以史好地适应

生产实际。如何有效地利用计算机实现晶粒度的准确定量自动化评定则成为长期以来的研究热点。

笔者从金相晶粒度评定软件入手，概括了晶粒度评定的关键技术，分析了晶粒度评定技术的研究进展，并对晶粒度评定技术发展进行了展望。

村长

1晶粒度评定软件
    英国剑桥仪器公司生产了i日_界上最早的定量金相分析设备，形成了Quantimet系列产品。日前，金
相图像分析仪的代表产品卞要有Lecia公司的Lecia Q550MW、新一代的Quantimet和蔡司公司
的MIAPS 5. 6显微图像分析处理系统;国内卞要有南京仕南光电有限公司的XQF系列金相分析系
统、四川川人智胜软件股份公司的Mias图像分析仪和北京中科科仪计算技术有限责仃公司的
SiscIAS6. 0图像分析系统[1〕。通用的图像分析软件以Media Cybernetics公司的()PTIMAS和Image Pro Plus为代表。国内的一些人学和研究机构也先后进行了晶粒度评定软件的开发工作。
    利用评定软件可较好地实现晶粒度图像的定量分析，但自动评定功能还需要不断完善。人多软件
对没有噪声十扰的、边缘洁晰的晶粒图像可得到较准确的评定结果，但实际生产中的晶粒图像多种多
样，晶界断点较多，同时也存在噪声人、光照不均匀、模糊、有划伤、孪晶等因素十扰，使用软件的自动处
理功能对该类图像肖接进行评定得到的结果会存在明显的偏差。而利用图像分析软件进行辅助定量评
定时，人多专用软件的开放性较差，难以针对特定的检测图像进行分析力一法的设计组合。

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2晶粒度评定的关键技术
      一般对金相图像进行晶粒度评定卞要包括以下儿个步骤:图像预处理、图像分割、特征参数提取以
及定量评定等。为实现晶粒度的定量评定，需要应用有效的计算机图像处理与分析力一法，将断裂的、模
糊的晶界进行连接、重建，其中形态学处理力一法得到了史多的应用。
2. 1数学形态学
    数学形态学(Mathematical Morphology)创建于1964年，经过不断发展，数学形态学在理论和应
用两个力一而都取得了很人的成就，成为数字图像处理与计算机视觉领域中的有效力一法。在数学形态学
发展的初期，其应用领域卞要是材料科学和生物医学两个力一而;其分析对象卞要是显微图像，其卞要日
的是进行结构的量化分析。
    作为一种非线性图像处理和分析理论，数学形态学理论复杂[2〕，但其基木思想却比较简单，即利用
  一个结构元素(Structure Element,SE)在图像中不断移动，以了解图像各个部分之问的关系及其结构
特征。数学形态学常应用于二值图像，也可扩展到灰度图像。形态学的处理以集合论语言描述，形态
腐蚀和膨胀是其运算基础，形态学算法还包括形态学梯度、形态学平滑(开运算和闭运算)、细化、击中
击不中(Hit miss)变换、高})冒(Top-hat)变换、形态学边缘检测以及形态学分水岭闷值分割等。
2. 2晶界提取
    完蔡的晶界提取对于晶粒度的准确定量评定是必不可少的，而形态学分水岭闷值分割作为一种强
人的图像分析力一法.〕，可用于实现完蔡晶界的提取，能够很好地保持日标的原始形状，得到的分界线洁晰准确。
    对于一晶粒度图像，可将其视为一个地形表而。如果从其表而的低洼处(极小值)开始泄洪加水，并
目‘采取措施(筑坝)防庄不同来源的水混合在一起，如图1(a)所示。持续不断的加水，将会把地形分为
两种不同类型，即低洼地和分水岭线(晶界)，如图1(b)所示。分水岭线的提取可按影响Ix.域抽骨
架操作的力一法进行，但在应用中需要避免分水岭力-法造成晶界的过度分割。

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2. 3边缘检测
    在晶粒度图像中，晶界一般表现为晶体问灰度的一个明显变化，该变化可通过合适的边缘检测力-
法来获取，如常用Sobel算子进行边缘检测，但易受到噪声十扰。Sowmya Mahadevan}'}提出了Gabor
边缘检测力一法，其卞要优点在于噪声适应性好，针对不同的边缘检测宽度，其尺度可变化。
2. 4断点连接
    对于边缘检测获取的问断的晶粒边缘点，需要采用有效的力一法进行连接，以保证晶界的完蔡。可
使用人工力一法进行断点连接，但工作效率低下。文献巨5」介绍了一种自适应的形态学边缘连接算法，其
实现流程为:①去除噪声，如果一个边缘长度小于某 一闷值，可将其视为噪声去除;②检测所有边缘的端
点，所谓端点是指其8邻域内只有一个相邻像素点;③在每一个端点应用自适应的膨胀操作;①进行细
化处理;⑤进行剪枝处理。

徽州女人

混晶跟粗晶很容易混淆，还有晶粒度一说，也是有点糊，范指的是晶粒的大小还是晶粒之间的间隙，有时经常遇到金相晶粒大小不均匀，到什么程度才不算合格？比如45#。