Определение балла зерна стали компьютерными методами

Ключевым процессом контроля качества в металлографической лаборатории является определение размера зерен в металлах и сплавах. Большинство металлов имеют кристаллическую структуру, содержащую границы зерен. Во время обработки атомы в каждом растущем зерне металла или сплава располагаются в определенном порядке, основанном на кристаллической структуре материала.

Рост зерен влияет друг на друга. Поскольку известно, что меньший размер зерна обычно улучшает механические свойства материала, важно контролировать состав сплава и его обработку, чтобы достичь желаемого размера зерна.

Величина зерна определяется следующими методами:

  • визуального сравнения видимых под микроскопом зерен с эталонами шкал, приведенных в обязательном приложении 2, с определением номера зерна;
  • подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, с определением среднего диаметра и средней площади зерна;
  • подсчета пересечений границ зерен отрезками прямых с определением среднего условного диаметра в случае равноосных зерен, количества зерен в 1 мм в случае неравноосных зерен;
  • измерения длин хорд под микроскопом или с использованием микрофотографий с определением относительной доли зерен определенного размера;

Однако участие оператора в этих методах расчета размера зерна приводит к ошибочным, неповторимым и невоспроизводимым результатам. Кроме того, ручной ввод результатов в компьютерный отчет или электронную таблицу еще больше увеличивает вероятность ошибок.

На сегодняшний день для анализа структуры металлов специалисты пользуются современными математическими и компьютерными методами обработки изображений.

К преимуществам компьютерного способа регистрации изображений можно отнести: автоматическое распознавание границ зерен, оценивание среднего размера зерна по найденному числу зерен и площади, которую они занимают.

С помощью специальных инструментов можно реконструировать плохо протравленные границы, исключить из анализа мелкие выделения второй фазы, распознанные как зерна или занимающие слишком малую площадь, рассчитать номер зерна «по скелету», присоединив к телу зерна пограничные выделения перлита.

На рисунке 1 представлены примеры подсчета количества зерен методикой ГОСТ (а) и пример количественной обработки структуры методом компьютерного анализа.

Рисунок 1 - Подсчет количества зерен методикой ГОСТ (а) и пример количественной обработки структуры методом компьютерного анализа

Расчет количества зерен производится по следующей форме:

где n1 – количество зерен, пересеченных ее границами.

Данный алгоритм является неточен в части анализа количества зерен на границе изображения (n2). Площадь анализируемой фигуры выбирается заранее и составляет 0,5 мм2.

Приведенная выше формула предполагает, что заранее очерченным кругом отсекается половина зерен. По данному методу с укрупнением структуры ошибка определения размера зерна возрастает.

По ГОСТу анализ структуры основан на статистических методах анализа по принципу: от общего изображения структуры к частному (номеру зерна) путем усреднения.

В свою очередь, при компьютерном методе получают характеристику структуры на основе анализа каждого зерна (рис. 1, б). С помощью компьютерных программ имеется возможность анализировать площадь, занятую определенной структурой, напрямую, без приближенных расчетов, а также автоматического создания файла-отчета, который может быть оформлен в строгом соответствии с требованиями ГОСТ.

В настоящее время существует программное обеспечение для металлографии:

Анализатор изображений "Thixomet" , позволяющая проводить оценку среднего размера зерна по ГОСТ 5639-82, ГОСТ 21073-75, ASTM E1382, ASTM E112, DIN 50 601.

Данные методики позволяют производить автоматическое распознавание границ зерен, оценивать средний размер зерна по найденному числу зерен и площади, которую они занимают. С помощью специальных инструментов можно реконструировать плохо протравленные границы, исключить из анализа мелкие выделения второй фазы, распознанные как зерна или занимающие слишком малую площадь, рассчитать номер зерна «по скелету», присоединив к телу зерна пограничные выделения перлита.

Заключение

Современное программное обеспечение для анализа изображений микроскопов для материаловедения сводит к минимуму вмешательство человека в анализ размера зерен, обеспечивая, таким образом, точные и воспроизводимые результаты. Доступно множество пакетов программного обеспечения для выполнения анализа зерна в соответствии с международными стандартами.

Помимо минимальных усилий, связанных с внедрением, эти программные пакеты могут автоматически создавать отчеты в зависимости от данных анализа и предоставлять интегрированную базу данных для архивирования для использования в будущем.

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.