近年來瘪叉，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和體視學(xué)的發(fā)展扭弧，圖像分析儀被廣泛地應(yīng)用于金相分析中咬清，使傳統(tǒng)的金相分析技術(shù)從定性或半定量的工作狀態(tài)逐步向定量金相分析方向發(fā)展。

       金相工作者多年來一直從金相試樣拋光表面上通過顯微鏡觀察來定性地描述金屬材料的顯微組織特征或采用與各種標(biāo)準(zhǔn)圖片比較的方法評(píng)定顯微組織淑廊、晶粒度逗余、非金屬夾雜物及第二相質(zhì)點(diǎn)等，這種方法精確性不高季惩，評(píng)定時(shí)帶有很大的主觀性录粱，其結(jié)果的重現(xiàn)性也不能令人滿意，而且均是在金相試樣拋光表面的二維平面上測(cè)定画拾，其測(cè)量的結(jié)果與三維空間真實(shí)組織形貌相比有一定差距∩斗保現(xiàn)代體視學(xué)的出現(xiàn)為人們提供了一種由二維圖像外推到三維空間的科學(xué)，即將二維平面上所測(cè)定的數(shù)據(jù)與金屬材料的三維空間的實(shí)際顯微組織形狀摊矮、大小头熏、數(shù)量及分布聯(lián)系起來的一門科學(xué)，并可使材料的三維空間組織形狀影偶、大小转挽、數(shù)量及分布與其機(jī)械性能建立內(nèi)在聯(lián)系，為科學(xué)地評(píng)價(jià)材料提供了可靠的分析數(shù)據(jù)确羹。

      由于金屬材料中的顯徽組織和非金屬夾雜物等并非均勻分布届审，因此任何一個(gè)參數(shù)的測(cè)定都不能只靠人眼在顯微鏡下測(cè)定一個(gè)或幾個(gè)視場(chǎng)來確定，需用統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)足夠多的視場(chǎng)進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)工作烁讨，才能保證測(cè)量結(jié)果的可靠性俭柒。如果僅靠人的眼睛在顯微鏡上進(jìn)行目視評(píng)定径候，其準(zhǔn)確性么养、一致性和重現(xiàn)性都很差，而且測(cè)定速度很慢速袁，有些甚至因工作量過大而無法進(jìn)行协固。圖像分析儀以先進(jìn)的電子光學(xué)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人眼觀察及統(tǒng)計(jì)計(jì)算，可以迅速而準(zhǔn)確地進(jìn)行有統(tǒng)計(jì)意義的測(cè)定及數(shù)據(jù)處理绳匀，同時(shí)具有精度高芋忿、重現(xiàn)性好，避免了人為因素對(duì)金相評(píng)定結(jié)果的影響等特點(diǎn)疾棵，而且操作簡(jiǎn)便戈钢，可直接打印測(cè)量報(bào)告，目前已成為定量金相分析中不可缺少的手段。

      圖像分析儀是對(duì)材料進(jìn)行定量金相研究的強(qiáng)有力工具殉了，也是日常金相檢驗(yàn)的好幫手开仰，可以避免人工評(píng)定帶來的主觀誤差，從而也避免了扯皮現(xiàn)象薪铜。雖然在日常金相檢驗(yàn)中众弓，不可能也不必每次都使用圖像分析儀，但當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)異掣艄浚或金相組織級(jí)別處于合格與不合格之間而無法判別時(shí)谓娃，則可以借助圖像分析儀對(duì)其進(jìn)行定量分析，得出準(zhǔn)確結(jié)果蜒滩，確保產(chǎn)品質(zhì)量滨达。圖像分析儀在金相分析中的應(yīng)用，拓展了金相檢驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目绍掂，促進(jìn)了檢測(cè)水平的提高迹遏，對(duì)于提高檢測(cè)人員的素質(zhì)也是十分有益的。

一龄冀、圖像分析儀的原理及功能簡(jiǎn)介

      圖像分析儀的系統(tǒng)由金相顯徽鏡和宏觀攝像臺(tái)組成的光學(xué)成像系統(tǒng)懒俊，其用途是使金相試樣或照片形成圖像。金相顯微鏡可直接對(duì)金相試樣進(jìn)行定量金相分析圆如；宏觀攝像臺(tái)適用于分析金相照片钮瘪、底片及實(shí)物等。

      為了能用計(jì)算機(jī)存貯游颅、處理和分析圖像湿铃，首先需將圖像數(shù)字化。一幀圖像是由不同灰度的一種分布所組成诞昧，用數(shù)學(xué)符號(hào)表示為j＝j(luò)（x碉办，y），x步嘹、y為圖像上像素點(diǎn)的坐標(biāo)虐干，j則表示其灰度值。所以肘习，一幀圖像可以用一個(gè)m×n階矩表示际乘，矩中每個(gè)元素對(duì)應(yīng)于圖像中一像素點(diǎn)，aij的值即表示圖像中屬于第i行第j列的像素點(diǎn)的灰度值漂佩。CCD攝像機(jī)（電荷耦合器件攝像機(jī)）就是一種圖像數(shù)字化設(shè)備脖含。金相試樣上的顯微特征經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后在CCD上成像并由CCD實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換和掃描，然后作為圖像信號(hào)取出投蝉，由放大器進(jìn)行放大养葵，并量化成灰度級(jí)以后貯存起來征堪，從而得到數(shù)字圖像。

      計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)字圖像中需測(cè)量特征的灰度值范圍关拒，設(shè)定灰度值閾值T请契。對(duì)于數(shù)字圖像中任何一個(gè)像素點(diǎn)，若其灰度大于或等于T夏醉，則用白色（灰度值255）來代替它原來的灰度爽锥；若小于T則用黑色（灰度值0）來代替原來的灰度，可以把灰度圖像轉(zhuǎn)化為只有黑畔柔、白兩種灰度的二值圖像匙杏，然后再對(duì)圖像進(jìn)行必要的處理，使計(jì)算機(jī)能方便對(duì)二值圖像進(jìn)行粒子計(jì)數(shù)布橄、面積充陷、周長(zhǎng)測(cè)量等圖像分析工作。若采用偽彩色處理荠涂，則可把256個(gè)灰度級(jí)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的彩色徊儿，使灰度很接近的細(xì)節(jié)和其周圍環(huán)境或其他細(xì)節(jié)易于識(shí)別，從而改善圖像裙靶，更利于計(jì)算機(jī)處理多特征物圖像泼剩。

      圖像分析儀通常都具有下列基本圖像處理、分析功能：

    1．圖像采集犹喜。
    
    2．圖像增強(qiáng)和處理：包括陰影校正瓜释，偽彩色處理，灰度變換阎敬，平滑险锻、銳化；圖像編輯等魄帽。
    
    3．圖像分割现喳。
    
    4．二值圖像處理：包括形態(tài)學(xué)處理（腐蝕、膨脹犬辰、骨胳化等）嗦篱，二值圖像的算術(shù)運(yùn)算、聯(lián)接忧风、自動(dòng)修補(bǔ)等默色。

    5．測(cè)量：包括特征物統(tǒng)計(jì)，對(duì)其周長(zhǎng)狮腿、面積、X／Y投影呕诉、軸長(zhǎng)缘厢、取向角等參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)量吃度。
    
    6．?dāng)?shù)據(jù)輸出。
    
二贴硫、圖像分析儀在金相分析中的應(yīng)用
    
    （一）晶粒度測(cè)定 
    
      測(cè)量晶粒度是金相檢驗(yàn)工作中經(jīng)常進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目椿每。傳統(tǒng)的方法是參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB6394－2002）中的標(biāo)準(zhǔn)圖片，采用與標(biāo)準(zhǔn)圖片相比較的方法評(píng)定出晶粒度級(jí)別英遭，此方法簡(jiǎn)便砂腰、速度快，但主觀上的誤差也比較大蔑氛。若采用GB6394中規(guī)定的另外兩種方法潘娄，即面積法和截點(diǎn)法（仲裁方法），雖然可獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果汇割，但這兩種方法使用起來很不方便持拐，其繁瑣程度令人望而生畏。如果使用圖像分析儀采用截點(diǎn)法進(jìn)行晶粒度測(cè)定恋得，則可以直接而迅速地求出晶粒度級(jí)別啰哪。
    
      截點(diǎn)法是通過統(tǒng)計(jì)給定長(zhǎng)度的測(cè)量網(wǎng)格上的晶界截?cái)?shù)來測(cè)定晶粒度的，其晶粒度級(jí)別指數(shù)G的計(jì)算公式為：
    
    G＝－3.2877＋6.6439lg（M×N／L）
    
    式中：L－所使用的測(cè)量網(wǎng)格長(zhǎng)度（mm）
    
             M－觀察用的放大倍數(shù)
    
             N－測(cè)量網(wǎng)格L上的截點(diǎn)數(shù)
    
      L此妙、M為已知數(shù)侵宝，只需測(cè)得N，圖像分析儀就可以得出晶粒度級(jí)別继韵。在實(shí)測(cè)工作時(shí)攘默，由于晶粒內(nèi)部可能存在各種析出物以及因腐蝕控制不當(dāng)而造成晶界斷裂，給準(zhǔn)確測(cè)定帶來一定的困難昔搂，需采用圖像分析儀中的腐蝕與膨脹功能玲销，去除晶粒內(nèi)的析出物和對(duì)晶界進(jìn)行重建，以得到完整的晶粒圖像摘符。
    
    （二）測(cè)定顯徽組織的含量 
    
       定量地測(cè)定金屬材料中的顯微組織的百分比等參數(shù)贤斜，并研究其對(duì)機(jī)械性能的影響是圖像分析儀在金相分析中的主要用途之一。例如：測(cè)定灰鑄鐵逛裤、球鐵瘩绒、鑄鋼及低碳鋼中的鐵素體和珠光體的百分比；雙相鋼中的馬氏體與鐵素體的百分比带族；滲碳淬火硬化層和奧貝球鐵中的殘余奧氏體含量锁荔；高磷閘瓦中的磷共晶含量；鑄造鋁合金中的共晶硅含量蝙砌，抱軸瓦白合金中的β相含量等阳堕。使用圖像分析儀的基本功能很方便地完成這些工作。若對(duì)某種材料的不同基體組織進(jìn)行定量金相分析择克，并與其機(jī)械性能對(duì)照恬总，可深入研究顯微組織與機(jī)械性能之間的定量對(duì)應(yīng)關(guān)系前普。
    
    （三）測(cè)定鍍層厚度及脫碳層、滲碳層深度 
    
    1．鍍層厚度測(cè)定 
    
      由于鍍層下基體材料表面粗糙度或電鍍工藝的影響辱雅，使鍍層存在著厚薄不均的現(xiàn)象麦荸，為解決因厚薄不均而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，圖像分析儀在測(cè)量鍍層時(shí)怨颜，首先在顯示鍍層截面形貌的屏幕上劃許多條相互平行且垂直于鍍層表面喷融、并橫貫鍍層的直線，這樣每一條直線均能測(cè)出一鍍層厚度數(shù)據(jù)夯架，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理淹摧，便得到鍍層的平均厚度、最大厚度功抠、最小厚度等參數(shù)登翩。若被測(cè)物是非常細(xì)小的金屬絲，其圓周均有鍍層耘昙，則取其橫截面圖像沈路，從它的圓心出發(fā)呈不同角度沿徑向劃許多直線，同樣可測(cè)得谓墨。
    
    2．測(cè)定脫碳層及滲碳層深度 
    
      首先測(cè)定基體組織的鐵素體含量加六，然后在屏幕上劃一條平行于表面并可移動(dòng)的直線，計(jì)算通過該直線的鐵素體含量怒见，隨著直線向心部移動(dòng)俗慈，當(dāng)找到與基體組織中鐵素體含量相符的區(qū)域時(shí)，該直線距表面的距離即為脫碳層或滲碳層深度遣耍。
    
    （四）測(cè)定非金屬夾雜物 
    
       圖像分析儀用于分析非金屬夾雜物闺阱，主要在兩方面：其一為測(cè)定非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)舵变、尺寸酣溃、分布等參數(shù)，研究夾雜物與機(jī)械性能（特別是疲勞性能）之間的定量關(guān)系纪隙；其二是根據(jù)GB10561－89標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定鋼中非金屬夾雜物級(jí)別赊豌。例如：機(jī)車車輛鑄鋼生產(chǎn)中的單渣冶煉工藝與雙渣冶煉工藝相比，具有能耗少绵咱、生產(chǎn)效率高及成本低等特點(diǎn)碘饼，但由于單渣冶煉工藝無擴(kuò)散脫氧處理，其冶煉的鑄鋼中非金屬夾雜物在數(shù)量悲伶、形態(tài)艾恼、尺寸、分布等方面與雙渣法冶煉的鑄鋼是否存在較大差異，并由此而影響鑄鋼的機(jī)械性能酬苇。戚墅堰所采用圖像分析儀對(duì)此問題開展了研究灯忙，從兩種工藝冶煉的鑄鋼件中各取12只試樣（取自4個(gè)爐次）给番，每個(gè)試樣測(cè)量30個(gè)視場(chǎng)蚤件。測(cè)定結(jié)果表明，兩種工藝冶煉的鑄鋼中的非金屬夾雜物在數(shù)量狞绰、形態(tài)完株、顆粒尺寸、分散度和平均間距等方面基本上趨于一致峦夺；在顯微組織相同的條件下颁殃，其機(jī)械性能也相近。這說明單渣冶煉工藝若控制適當(dāng)拄屈，其鑄鋼中非金屬夾雜物并不會(huì)增多显钙。
    
       根據(jù)GB10561《鋼中非金屬夾雜物顯微評(píng)定方法》標(biāo)準(zhǔn)編制而成的夾雜物評(píng)級(jí)軟件，其主要功能可對(duì)所要測(cè)定的夾雜物斋值，依據(jù)GB10561標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的4類夾雜物（即A類一硫化物類绑雄、B類一氧化鋁類、C類一硅酸鹽類奥邮、D類一球狀氧化物類）進(jìn)行分類万牺，然后參照標(biāo)準(zhǔn)予以評(píng)級(jí)。
    
    （五）計(jì)算球墨鑄鐵中石墨的球化率 
    
       球墨鑄鐵中石墨的球化率對(duì)其機(jī)械性能影響較大洽腺。因此脚粟，評(píng)定石墨球化率是金相檢驗(yàn)中的一個(gè)重要項(xiàng)目。通常采用比較法評(píng)定蘸朋，計(jì)算法則用于仲裁核无，GB9441標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定在計(jì)算球化率之前，須先求得視場(chǎng)中每一顆石墨的單顆石墨面積率（石墨實(shí)際面積與其最小外接圓面積之比）藕坯，然后換算成每顆石墨的形狀系數(shù)团南，再按標(biāo)準(zhǔn)中的公式計(jì)算該視場(chǎng)的球化率。
    
    （六）斷口分形研究 
    
       Mand1brot等人于1984年首次將分形幾何應(yīng)用于研究材料的沖擊斷口堕担，發(fā)現(xiàn)馬氏體時(shí)效鋼的沖擊功隨其斷口的分形維數(shù)Df值增加而呈線性減少已慢。此后，分形幾何便進(jìn)入材料的研究領(lǐng)域霹购。
    
       分形維數(shù)Df的測(cè)定方法為首先在斷口上鍍一層鎳佑惠，在細(xì)砂紙上沿平行斷口表面輕輕磨去一層，然后仔細(xì)拋光贾瞪，凸起被磨光的部位在顯微鏡觀察呈亮色凯践，稱為“島”，未磨到的凹下鍍鎳部分呈暗色习怒，稱為“湖”符站。用圖像分析儀測(cè)量每個(gè)“湖中之島”的周長(zhǎng)和面積卖寻，每個(gè)試樣斷口上分別測(cè)10至14個(gè)視場(chǎng)，將測(cè)得的一系列周長(zhǎng)和面積輸入計(jì)算機(jī)弯沥，打印出周長(zhǎng)和面積的雙對(duì)數(shù)圖及線性回歸直線的斜率除阐，回歸直線斜率的兩倍便是分形維數(shù)Df。分形維數(shù)與材料的顯微組織鸳辛、斷裂性能消贼、疲勞門檻值等有著密切的關(guān)系，應(yīng)用圖像分析儀通過剖面小島法測(cè)量斷口的分形維數(shù)舒疚，可定量描述材料斷口特征异凹、研究和推斷材料力學(xué)性能。