定量金相分析
------大纲、实验指导书
大纲
实验学时：7 实验类型：综合
实验所属实验课程：光学分析实验教学模块
实验指导书名称：《材料光学技术实验》实验指导书
相关理论课程名称：材料科学与工程学导论、数学基础
撰稿人：**** 日期：2011-7-28
一、目的与任务
了解定量金相的初步知识及应用，综合利用理论知识，完成实际的定量金相任务
二、内容、要求与安排方式
1、实验内容与要求
要求同学根据提供的照片，学习国家标准的内容，采用数点、截线、截点法，手工计算组织中某一相（或某一种组织组成物）所占的体积比，以及某种组织组成物（或，相）的晶粒度。观看演示定量金相软件操作使用。
2、实验安排方式
同学自学；教师指导并与同学交流。
三、场地与设备
1、实验地点：不确定；
2、所用设备：实验室不用提供；
3、消耗性器材：无。
四、考核与成绩评定
1、考核的内容
根据实验目的、实验内容进行相应的技术考核；完成实验报告。
2、成绩评定的方法
根据同学实验技术掌握的程度进行10分制的评判，作为最终平台课程总成绩的一部分。
（一般：5~6分；较好：7~8；出色：9~10分）
五、实验大纲说明
同学计算过程应注意单位、放大倍数。
六、参考资料
[1] GB/T 13298-1991，金属显微组织检验方法[S]．
[2] 姚鸿年．金相研究方法[M]．北京：中国工业出版社，1963.
[3] 沈桂琴．光学金相技术[M]．北京：航空航天大学出版社，1992.
[4] GB/T 6394-2002，金属平均晶粒度测定方法[S]．
[5] GB/T 15749-2008，定量金相测定方法[S]．
实验指导书
定量金相所包含的实验项目，需要完全自学有关国家标准；可以带着问题、心得与教师交流。
自学的基础给大家的建议是，学习两个标准，分别是：（1）GB/T 15749-1995，定量金相手工测定方法（或者，GB/T 15749-2008，定量金相测定方法）；（2）GB/T 6394-2002，金属平均晶粒度测定方法（或者，YB/T 5148-1993，金属平均晶粒度测定方法）。
首先，请同学自己找到这些标准。学习的过程中，可以带着问题找教师交流。
定量金相任务：（1）计算工业纯铁的晶粒平均截距，并计算（或，查阅）对应的晶粒度级别；（2）计算65钢退火组织中白亮的铁素体在组织中的体积比例。照片，参见图1、图2。
图1 65钢退火200×图2 工业纯铁退火100×
建议：
[1] 采用数点法、截线法两种方式计算65钢中铁素体的体积比例；同时，需要说明具体参数设定的依据。
[2] 采用比较法、直线截点法计算平均工业纯铁中铁素体晶粒的平均截距；随后，计算（或，查阅）平均晶粒度级别数
参考资料：
[1] GB/T 6394-2002，金属平均晶粒度测定方法[S]．
[2] YB/T 5148-1993，金属平均晶粒度测定方法[S]．
[3] GB/T 15749-1995，定量金相手工测定方法[S]．
[4] GB/T 15749-2008，定量金相测定方法[S]．
同时，利用本次实验，请同学分析、说明在生产、科研中，国家标准的使用情况，阐述标准的重要性、经济性。
铜合金中金相组织特征参数的测量 wbf_512(2010-09-27 11:49:29) 帅歌旺，张萌 (南昌大学材料科学与工程学院，江西南昌330047) 摘要：根据体视学和定量金相分析的基本原理，利用Image-ProPlus(IPP)图像分析软件测定了铜合金金相组织的相体积分数、晶粒度大小、粒子间距等特征参数，并提出了一种测量粒子间距的近似算法。 关键词：定量金相分析；铜合金；特征参数 铜及铜合金由于具有优异的性能，一直是现代工业中用途广泛的重要的有色金属材料。通过金相检验可以了解材料的组织结构，认识显微组织对材料物理、化学、机械等性能的影响。因此，金相分析是一种控制产品质量的重要措施。但迄今有关铜合金的定量金相分析工作远远落后于钢铁材料，既无大量的数据积累，也没有针对性的分析方法。 为此，本文利用IPP(Image-ProPlus图象分析软件)强大的图像处理功能，初步研究开发了针对铜合金组织中诸如相体积分数、晶粒度大小、粒子间距等特征参数的分析测试方法，效果良好。 1体视学基本符号和公式 为叙述方便，下面给出本文涉及到的常用体视学符号和基本公式： 符号：AA--面积分数，单位面积测量体上被测对象的面积 PV--被测对象的点数/测量体的总体积 Vv--体积分数，单位测量体上被测对象的体积 Ww--重量分数，单位重量测量体上被测对象的重量 ρα--被测量相(组织)的比重 ρT--整个合金的比重
基本公式：VV=AA=LL=PP(1) Ww=Vvρα/ρT(2) 2测量方法 定量金相分析工作包括金相试样制备、图像摄取、图像处理、定量分析等几个步骤。整个系统如图1所示： 图1定量金相分析系统 计算机通过控制数码相机摄取图像数据，经处理后结果在打印机上输出。 2.1图像摄取 磨制好的金相试样在MeF3型金相显微镜下进行观察，选定待测视场后，通过SVMICROTM型全自动数码相机将图像传送到计算机，金相观察可在计算机监视屏和显微镜上同步动态显示。选取欲分析区域后进行拍摄，图像直接输入计算机进行处理，整个过程方便、快捷。 2.2图像处理 定量金相分析需要图像轮廓清晰，不同特征物间“，灰度”相差大，即反差大。而相同物间“，灰度”又应尽量接近，如此测试的结果才准确、可靠。因此原始图像必须经过预处理，IPP软件提供了亮度、对比度及多达几十种滤镜工具，可以得到利于计算的理想图像。 1.3定量金相分析 IPP软件提供了Count、Measurement等基本计算工具，同时还提供了强大的宏编辑器，软件有了再开发的空间。本文观察了一系列铜合金的金相组织，利用IPP软件提出了相体积分数、粒子间距、晶粒尺寸等基本特征参数的测量方法。 3特征参数测量 铜合金组织较为复杂，不同合金系其组织特征大为不同。合金组织中相的存在形式可以是粗大连续的组成相，也可以细小、弥散分布的第二相形式析出，甚至仅以单相固溶体构成。
金相取样及试样制作要点 第二章钢管和棒材金相（高低倍）试样截取和制备 一、试样选择和截取： 试样截取的方向、部位、数量应根据金属制造的方法，检验的目的进行。检验面的选取根据检验目的内容确定检验面。横向截面主要用以检验表面缺陷、检验组织从表面到中心的金相组织变化情况、脱碳、晶粒度显微组织等，而纵向截面主要用以检验非金属夹杂物数量、α－相等。试样尺寸以磨面面积大约为2002mm，高度15～20 mm为宜。详细取样部位和试样检验面详见有关标准规定。 二、非金属夹杂物取样 根据GB/T10561-2005钢中非金属夹杂物含量测定，用于检测夹杂物的试样面积约为200mm(20mm×10mm) 平行于钢材纵轴，位于钢材外表面到中心的中间位置。当产品的厚度或壁厚较保证检验面面积为200mm，当取样数量达到10个长10mm的试样作为一支试样时，检验面仍不足200mm2是允许的。 直径或边长大于40mm的钢棒或钢坯，检验面为钢材外表面到中心的中间位置的部分径向截面 直径或边长大于25mm、小于或等于40mm的钢棒或钢坯；检验面为通过直径的截面的一半
直径或边长小于25mm的钢棒；检验面为通过直径的整个截面，其长度应保证得到约200mm2的检验面积。 三、钢的脱碳层深度测定取样示意图
据国家标准GB/T224－2008钢的脱碳层深度测定的规定，选取试样的检验面应垂直于产品的纵轴。保留钢材的表皮。试样总的检测周长应不小于35mm。对于外径小于或等于25mm的钢管或边长不大于20mm的方钢要检验整个周边。对于直径大于25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢，为保证取样的代表性，可截取试样同一截面的几个部分，以保证总检测周长不小于35mm。 三、α－相面积取样示意图 根据GB／T13305-2008不锈钢中α相面积金相测定法；试样的检验面为平行于钢 材，截取纵截面,试样应在冷状态下用机械方法切取，如果采用气割或热切时， 必须将金属的熔化区，塑性变形区和热影响区完全去除。 四、钢管和棒材低倍组织检验取样示意图
金相分析软件介绍 检验类别模块名称功能说明 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 辅助评级【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法）自动评级【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法）自动评级【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 自动评级【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 自动评级【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 自动评级 4、脱碳层深度测定【004】脱碳层深度测定…GB 224-87 辅助评级 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 自动评级 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 自动评级 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 自动评级 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 自动评级【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 比较评级 【059】石墨长度…GB 7216-87 辅助评级【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 自动评级【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 比较评级 【186】碳化物数量…GB 7216-87 自动评级 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 比较评级【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 自动评级
金相检测国家标准汇总公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
检验类别 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法） 【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法） 【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 4、脱碳层深度测定【004】钢的脱碳层深度测定法…GB/T 224-2008 【130】脱、渗碳层深度测定…GB 224-87 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 【059】石墨长度…GB 7216-87 【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 【186】碳化物数量…GB 7216-87 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 【190】基本组织特征…GB 7216-87 【235】石墨长度（自动分析）…GB 7216-87 【251】灰铸铁多图多模块评级：石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团【255】灰铸铁金相＿基本组织特征（灰度法） 【256】石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团（灰度法）…GB 7216-87 【316】灰铁金相等级图_石墨类型…SS 2007-6 【317】灰铁金相等级图_石墨尺寸…SS 2007-7 【318】灰铁金相等级图_铁素体的大约百分含量…SS 2007-8 【319】灰铁金相等级图_珠光体的大概间隔…SS 2007-9
计算题（初级） 计量技术知识 1.计算1.1× 2.233×0.3344的结果？（3分） 1.1× 2.233×0.3344 = 1.1×2.23×0.334 = 0.819 ≈ 0.82 2.计算104.29 6.15315.041 4.10 5.2???的结果？ 104.29 6.15315.0414.105.2???=104.06.1515.0 4.10 5.2???= 640 154=0.240≈0.24 3.计算3.142＋0.0059＋25.18＋13.2579的结果。（5分） 解：3.142＋0.0059＋25.18＋13.2579 ＝3.142＋0.006＋25.18＋13.258 ＝41.586 ≈41.59 金属学基础 1.体心立方晶胞和面心立方晶胞中原子数各是多少？（5分） 解：体心立方晶胞：N ＝1+8×81 ＝2 面心立方晶胞：N ＝6×21 ＋8×81 ＝4 答：体心立方晶胞原子数为2个，面心立方晶胞原子数为4个。 2.金相分析在生产、材料科学发展与材料研制中的作用有哪些？7分 答：（1）常规检测。常规的金相检测主要是控制材料和产品质量，包括原材料检验、生产过程中中间产品的抽查或在线检测以及最终产品的检测，以保证产品符合质量标准。 （2）失效分析。通过综合理化分析、找出失效原因，掌握失效机理，达到有效控制和解决非正常失效。 （3）组织与性能关系研究。金相检测对材料科学及新材料研制的重要作用，就是揭示材料内部组织和宏观性能之间的定性联系，揭示一些规律性，克服材料研制中的盲目性。 3.含碳量质量分数为0.40%的亚共析钢，试利用铁碳相图及杠杆原理计算先共析铁素体及珠光体含量。
《金相图象分析系统》是为从事金相检验的单位或个人专项开发的一套计算机软件系统。应用金相分析检验系统,用户可以迅速,准确地完成金相图像采集 ,图像处理，图像数据获取，评定级别以及资料的保存，打印等工作，不但大大提高工作效率，还能够完成许多过去用人工方法几乎无法完成的检验工作，是冶金行业生产，教学，科研人员的得力助手和必备工具。 主要功能： 图像采集：将显微镜的视场图像通过ＣＣＤ传感器+视频采集卡或数码相机输入计算机，保存为金相图片。同时提供用户按照指定的放大倍数打印图象的功能，这两项功能配合使用，可省去复杂烦琐的金相摄影、洗相等暗室工作，大大提高了工作效率。 图像处理：提供以下方法处理显微镜采集的视场图像，使其更加符合图像分析的需要 1、区域处理：从视频图像中选择任意一个分析区域，软件系统只对所选区域进行分析处理并评定级别，区域外的图像均被忽略。 2、亮度调整：加亮或变暗整个图像。 3、调整对比度：调整图像中明暗之间的差别。 4、颜色调整：单独调整图像中红，绿，蓝三种颜色的深浅。 5、转换为灰度图像：把彩色图像变换为有256种深度的灰色图像。 6、锐化：放大图像中色彩之间的差别，使图像中原来模糊的部分变得更清晰。 7、柔化：缩小图像中色彩之间的差别，使图像中原来清晰的部分变得更模糊。 8、过缘增强；加亮图像中色彩变化较大的分界线，同时把其他颜色变暗。 9、边缘检测：加亮图像中色彩变化较大的分界线。 10、中值滤波去噪：图像色彩变化较大时，增大其中色彩较暗的像素，缩小图像中色彩较亮的像素，使其保持中间值。 11、二值化处理：根据临界值把图像转换为只有黑色和白色两种颜色的图像。 12、去除杂点：把图像中独立的黑色点变成白色。 13、断线处理：把断开的线连接起来，或延长断线。
金相检测步骤详细版 第一步：试样选取，部位确定及截取方式 选择取样部位及检验面，此过程综合考虑样品的特点及加工工艺，且选取部位需具有代表性。金相试样的选取及尺寸： 取样部位的选取应根据待检材料的特点、加工工艺以及热处理过程而定。生产中的常规检验所用试样的的取样方向、部位和数量在产品标准或相应的技术条件中都有规定。通常试样的尺寸大小以便于握持、易于磨制为准，建议尺寸为直径15mm、高15～20mm的圆柱体或边长为15～25mm的立方体。 a、对于失效分析材料，应在失效部位和未失效部位分别取样，进行比对分析，便于研究其失效原因。 b、对于铸件，应从表面到心部，上部至下部观察其组织差异。 c、对于热处理后的工件，由于其金相组织均匀，可截取任意一截面进行观察，但如果试样表面进行处理（如表面化学处理、镀层等）取样时应垂直于表面，以便观察其组织和测量表面处理层厚度。 d、对于加工（如轧制、型材、锻件等）过的试样，若要分析工件表层有无脱碳、折迭等缺陷和检验晶粒度大小，应横向取样；若要研究夹杂物、组织变形程度等，应纵向取样。 中国船舶重工集团公司第七二五研究所（洛阳船舶材料研究所）试验测试与计量技术研究中心是中国船级社（CCS）授权的船舶材料验证试验机构，具备集高、精、尖仪器设备和先进的软件分析技术于一体的评价手段，可快速进行金相检测、性能检测，并能全方位的开展失效分析及安全寿命评估、材料及构件工程适应性评价等工作。 第二步：镶嵌。 如果试样的尺寸太小或者形状不规则，则需将其镶嵌或夹持。 第三步：试样粗磨。 粗磨的目的是平整试样，磨成合适的形状。一般的钢铁材料常在砂轮机上粗磨，而较软的材料可用锉刀磨平。 第四步：试样精磨。 精磨的目的是消除粗磨时留下的较深的划痕，为抛光做准备。对于一般的材料磨制方法分为手工磨制和机械磨制两种。 第五步：试样抛光。 抛光的目的是把磨光留下的细微磨痕去除，成为光亮无痕的镜面。一般分为机械抛光、化学抛光、电解抛光三种，而最常用的为机械抛光。
铜及铜合金的金相组织分析一）结晶过程的分析 结晶是以树枝状的方式生长，树枝状的结晶容易造成夹渣外，通常形成显微疏松。 取决于模壁的冷却速度外，还取决于合金成分、熔化与浇注温度等。 （二）宏观分析中常见缺陷 在浇注过程中往往产生缩孔、疏松、气孔、偏析等缺陷。 浇注温度和浇注方式的影响，铸锭、紫铜中容易出现气孔和皮下气孔。 由于合金元素的熔点、比重不一，熔炼工艺不当造成铸锭的成分偏析。 铸造时热应力可产生裂纹。 浇注工艺不当（浇注温度过低），浇注时金属液的中断会造成冷隔。 （三）微观分析 与铜相互作用的性质，杂质可分三类： 1. 溶解在固态铜中的元素（铝、铁、镍、锡、锌、银、金、呻、锑）。 2. 与铜形成脆性化合物的元素（硫、氧、磷等）。 3. 实际上不溶于固态铜中与铜形成易熔共晶的元素（铅、铋等）。 铋与铜形成共晶呈网状分布于铜的基体上，淡灰色。 铅含量很少时和铋一样呈网状分布于晶界，其颜色为黑色； 铅含量大时在铜的晶粒间界上呈单独的黑点。 暗场观察：铅点呈黑色，孔洞为亮点。 硫与氧的观察：均与铜形成化合物（Cu2S、Cu2O），又以共晶形式（Cu2S+ Cu、 Cu2O+ Cu）分布在铜的晶界上。 氯化高铁盐酸水溶液浸蚀：Cu2O变暗，Cu2S不浸蚀。 偏振光观察：Cu2O呈暗红色。 QJ 2337-92 铍青铜的金相试验方法 金相分析晶粒度检测金属显微组织分析，晶粒度分析，GB/T 6394-02 金属平均晶粒度测定方法 ASTM E 112-96（2004） 金属平均晶粒度测定方法
YS/T 347-2004 铜及铜合金平均晶粒度测定方法 GB/T13298-91 金属显微组织检验方法 GB/T 13299-91 钢的显微组织评定方法 GB/T 10561-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法 ASTM E45-05 钢中非金属夹杂物含量测定方法 GB/T 224-87 钢的脱碳层深度测定方法 ASTM E407-07 金属及其合金的显微腐蚀标准方法 GB/T 226-91 钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验方法 GB/T 1979-2001 结构钢低倍组织缺陷评级图 GB/T 5168-85 两相钛合金高低倍组织 GB/T 9441-1988 球墨铸铁金相检验 ASTM A 247-06 铸件中石墨微结构评定试验方法 GB/T 7216-87 灰铸铁金相 EN ISO 945:1994 石墨显微结构 GB/T 13320-07 钢质模锻件金相组织评级图及评定方法 CB 1196-88 船舶螺旋桨用铜合金相含量金相测定方法 JB/T 7946.1-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金变质 JB/T 7946.2-1999 铸造铝合金金相 铸造铝硅合金过烧 JB/T 7946.3-1999 铸造铝合金金相铸造铝 氧是铜中最常见的杂质，可产生氢脆。所以含氧量应严格规定。 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 自动评级【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89
金相检测国家标准总结
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检验类别 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法） 【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法） 【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 4、脱碳层深度测定【004】钢的脱碳层深度测定法…GB/T 224-2008 【130】脱、渗碳层深度测定…GB 224-87 5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 【059】石墨长度…GB 7216-87 【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 【186】碳化物数量…GB 7216-87 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 【190】基本组织特征…GB 7216-87 【235】石墨长度（自动分析）…GB 7216-87 【251】灰铸铁多图多模块评级：石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团 【255】灰铸铁金相＿基本组织特征（灰度法） 【256】石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团（灰度法）…GB 7216-87 【316】灰铁金相等级图_石墨类型…SS 2007-6 【317】灰铁金相等级图_石墨尺寸…SS 2007-7 【318】灰铁金相等级图_铁素体的大约百分含量…SS 2007-8 【319】灰铁金相等级图_珠光体的大概间隔…SS 2007-9 【320】灰铁金相等级图_碳化物及磷化物共晶体大致含量…SS 2007-10 9、定量金相测定方法【009】定量金相测定方法…GB/T 15749-95 10、钢的显微组织评定方法
Matlab图形图像处理在定量金相分析中的应用 摘要：本文讨论了Matlab的图形图像处理功能如何应用到定量金相分析研究中，并通过晶粒度测定和两相合金中第二相颗粒几何尺寸测量两个实例进行了验证。结果表明采用该软件可以高效、方便地实现定量金相分析功能。 关键词：Matlab 图形图像处理定量金相分析 1. 引言 1.1 定量金相分析和体视学 金相分析是材料科学中的一项重要技术，其实质是观察金属材料微观结构的图像并做出分析和判断的过程。在这个过程中，金属材料微观结构图像是核心。通过显微镜的观察，可以鉴别各种组织，观察其组织特征，并建立起组织和性能间的定性关系。这对于材料的研究、生产和使用无疑具有极大的理论意义和实际意义。而定量金相正是通过测定显微组织的各种特征参数，在材料的微观组织和它的宏观性能间建立起定量关系的一种分析测试方法。 我们研究的材料通常是不透明的，因此不能直接观察组织的三维立体图像，只能在二维金相试样磨面或薄膜透射投影图上对材料组织进行测量，然后去推断三维图像。这种从二维图像直接去推断三维组织图像的科学就叫体视学，把体视学应用于金相学研究的科学就叫定量金相学。 定量分析中常用的体视学基本方程有： 1.2 Matlab简介 Matlab是由MathWorks公司开发的一种主要用于数值计算及可视化图形处理的工程语言。它将数值分析、矩阵计算、图形图像处理、信号处理和仿真等诸多强大的功能集成在较易使用的交互式计算机环境之中，为科学研究、工程应用提供了一种功能强、效率高的编程工具。Matlab图形处理工具箱有一百多种工具函数，包括图像类型转换、图像文件I/O和显示、线性滤波、图像统计分析、图像增强、图像的形态学分析、二值图像处理等多个方面。可见Matlab图形图像处理功能完全能够胜任定量金相分析工作。 2. 定量金相分析的Matlab实现 基本思路：原始图像读入→图像预处理（直方图均衡化、图像增强、平滑滤波）→图像二值化→二值图像形态学处理（腐蚀、膨胀、开运算、闭运算）→图像分割及特征提取（边缘检测、面积提取）→利用体视学公式计算所需的三维组织特征参数。 2.1 图像读入 可用工具箱中的imread函数读入图像，Matlab支持以下几种图像文件格式：BMP、GIF、TIFF、JPEG、HDF、PCX、XWD、PNG、ICO、CUR、PGM、PPM和RAS等类型，imshow函数显示图像，imwrite函数保存图像。 2.2 图像预处理 对于一幅图像如果整体进行处理，不仅浪费时间，而且图像其他部分可能会影响处理效果，可以先通过图象剪切函数imcrop剪切下我们所关心的、特征明显的一部分图像，然后再对这部分图像进行相关处理。 图像预处理是相对于图像识别、图像理解的一种前期处理。通常图像会出现边缘过于模糊；图像上出现一些不知来源的黑点或白点；图像失真、变形等，因而要进行图像增强，按特定需要突出一幅图像中的某些有用信息，同时，削弱或去除某些不需要的信息，改善图像质量。如改变图像对比度、去除噪声或强调边缘等处理。 图像增强主要包含灰度变换增强、图像平滑处理、图像锐化处理等。 灰度变换增强主要用的是直方图均衡化histeq和对比度增强imadjust。 图像平滑主要目的是减少图像噪声。Matlab提供的图像平滑函数主要有wiener2、medfilt2和ordfilt2。wiener2用于实现线性平滑滤波；medfilt2用于实现中值滤波；ordfilt2是二维统计顺序滤波，它是中值滤波的推广。 图像锐化的目的就是使边缘和轮廓线模糊的图像变得清晰，并使其细节清晰。因锐化会使噪声受到比信号还强的增强，故一般是先去除或减轻干扰噪声后才能进行锐化处理。可以用laplacian算子锐化和prewitt模板锐化。 2.3 图像二值化 Matlab提供了多种图像类型转换函数，其中二值化图像函数主要有dither和im2bw。函数dither通过颜色抖动来达到转换图像的目的，函数im2bw通过设置阈值将灰度及真彩图像转换成二值图像。 2.4 二值图像数学形态学处理 数学形态学运算主要包括膨胀运算imdilate、腐蚀运算imerode、开运算imopen与闭运算imclose，以及利用形态学运算族bwmorph 对图像进行多种处理。 2.5 特征提取及特征参数计算 特征提取就是给出某一具体图像中与其它图像相区别的特征，如描述物体外形的形状特征等。Matlab提供的edge函数用于灰度图象边缘检测，bwperim函数用于二值图像边缘提取，bwarea用于二值图像面积测量，bwlabel实现连接成分标记等。 3. 实例分析 3.1 晶粒度的测定 材料的晶粒的大小叫晶粒度。它直接影响着材料的相关力学性能，因而测量晶粒度具有十分重要的实际意义。材料的晶粒度一般是以单位测试面积上晶粒的个数来表示。目前世界上统一使用的是美国ASTM推出的计算晶粒度的公式：
金相检测国家标准汇总文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
检验类别 1、金属平均晶粒度【001】金属平均晶粒度测定… GB 6394-2002 【010】铸造铝铜合金晶粒度测定…GB 10852-89 【019】珠光体平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【062】金属的平均晶粒度评级…ASTM E112 【074】黑白相面积及晶粒度评级…BW 2003-01 【149】彩色试样图像平均晶粒度测定…GB 6394-2002 【304】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（面积法） 【305】钨、钼及其合金的烧结坯条、棒材晶粒度测试方法（切割线法） 【322】铜及铜合金_平均晶粒度测定方法…YS/T 347-2004 【328】彩色试样图像平均晶粒度测定方法２ 2、非金属夹杂物显微评定【002】非金属夹杂物显微评定…GB 10561-89 【252】钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法…GB/T 10561-2005/ISO 4967:1998 3、贵金属氧化亚铜金相检验【003】贵金属氧化亚铜金相检验…GB 3490-83 4、脱碳层深度测定【004】钢的脱碳层深度测定法…GB/T 224-2008 【130】脱、渗碳层深度测定…GB 224-87
5、铁素体晶粒延伸度测定【005】铁素体晶粒延伸度测定…GB 4335-84 6、工具钢大块碳化物评级【006】工具钢大块碳化物评级…GB 4462-84 7、不锈钢相面积含量测定【007】不锈钢相面积含量测定…GB 6401-86 ８、灰铸铁金相【008】铸铁共晶团数量测定…GB 7216-87 【056】贝氏体含量测定…GB 7216-87 【058】石墨分布形状…GB 7216-87 【059】石墨长度…GB 7216-87 【065】珠光体片间距…GB 7216_87 【066】珠光体数量…GB 7216_87 【067】灰铸铁过冷石墨含量…SS 2002-01 【185】碳化物分布形状…GB 7216-87 【186】碳化物数量…GB 7216-87 【187】磷共晶类型…GB 7216-87 【188】磷共晶分布形状…GB 7216-87 【189】磷共晶数量…GB 7216-87 【190】基本组织特征…GB 7216-87 【235】石墨长度（自动分析）…GB 7216-87 【251】灰铸铁多图多模块评级：石墨分布＆石墨长度＆基体组织＆共晶团【255】灰铸铁金相＿基本组织特征（灰度法）
PMG3型光学金相显微镜与金相图像分析系统使用规则 主要技术参数： OLYMPUS PMG3型倒置式光学金相显微镜同自动显微摄影系统PM20型的曝光控制装置一起使用，除可完成不同倍率的金相组织观察与用大版照相机背或35mm照相机背显微摄影外，还可与北京中科科仪计算技术有限责任公司开发的SISC IAS.V8.0金相图像分析系统配套使用。 SISC IAS.V8.0金相图像分析系统拥有通用图像分析模块和专用定量金相分析模块。其功能可分为基本功能、主要功能、辅助功能和专用功能。 基本功能包括图像的采集、存取及打印等。 主要功能包括图像标尺的标定、原始图像的阈值分割、原始图像的校正增强处理等。 辅助功能包括各项参数、属性的设定、操作过程控制、编辑等。 专用功能①比较图法一即人工评定法，是把金相标准图谱与当前采集图像以相同倍率在同一个屏幕上显示，由人眼对照标准图谱确定当前图像的组织级别；②定量金相分析法一是使用图像测量技术测量金相图像得出定量化数据，从而评定组织级别的方法，如晶粒度测量、夹杂物评定、深度测量、球墨铸铁金相检验和粒度分析等。 主要技术规格： 放大倍数：物镜10X、40X 目镜10X (其中一个待测维尺） 照明系统：6V、20W卤素灯，亮度可调电源电压：交流220V，50HZ 载物台尺 寸：200X 152mm 载物台移动范围：15X15mm 瞳距调节范围：53?75mm 使用范围： 适于一般的金相组织观察及简单的定量测量（如渗碳层深度）。 使用规则： 使用前必须熟悉使用说明及显微镜各部分的作用。 保持显微镜及实验桌的清洁，样品在全部干燥后方可放在显微镜的载物台上，使用前必须将手洗净擦干。 清洁显微镜应先用驼毛刷再用擦镜纸。 不得在显微镜上任何部分使用酒精，清除浸油物镜上的油时只能用二甲苯或笨。 除驼毛刷或擦镜纸外，禁止任何物品接触物镜和目镜，不得用手触及其玻璃部分。 显微镜筒上必须放置镜头或套帽，以免灰尘进入其内部。
金相组织分析原理 金相组织分析原理： 采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。 通俗的说就是热处理后会得到不同的组织，每种组织有自己的形貌特征。每种组织的耐腐蚀性也有差异，因此通过制样，腐蚀，微观组织会出现不同的衬度或者说灰度，也就是说腐蚀后的金相试样微观表面是坑坑洼洼的，很多沟壑。这样我们就能在金相显微镜下区分和识别各种组织了。 金相组织分析方式： 1．原材料检验：对原材料的冶金质量情况如偏析、非金属夹杂物分布类型与级别检查；对铸造材料的铸造疏松、气孔、夹渣组织均匀性检查；对锻造件的表面脱碳、过热、过烧、裂纹、变形等情况检查。 2．生产过程中的质量控制：金相分析可以提供调整工序及修改工艺参数的根据,指导生产,如热处理淬火加热温度、保温时问、冷却速度等是否合适（正确）；化学表面热处理工艺参数的控制；锻造的起始和终锻温度是否合适等。 3．产品质量检验：有些机械零件或产品除要求机械性能、物理性能指标外,有的还要求显微组织参数,作为质量评定的技术指标之一。 4．失效分析：金相组织分析方法在机械失效分析方面广泛应用，对一些常见的弊病鉴定很方便。如机件表面脱碳、显微裂纹的形貌及分布特征、化学热处理缺陷、热处理后的不正常组织、晶界脆性相析出等，这些金相分析的结果常作为故障分析的根据。 金相组织分析的意义： 金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。将计算机应用于图像处理，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。 计算机定量金相分析正逐渐成为人们分析研究各种材料，建立材料的显微组织与各种性能间定量关系，研究材料组织转变动力学等的有力工具。中国船舶重工集团公司第七二五研究所采用计算机图像分析系统可以很方便地测出特征物的面积百分数、平均尺寸、平均间距、长宽比等各种参数，然后根据这些参数来确定特征物的三维空间形态、数量、大小及分布，并与材料的机械性能建立内在联系，为更科学地评价材料、合理地使用材料提供可靠的数据。
金相图像分析软件 使用手册
1、系统安装 1.1系统组成 *金相显微镜 *数字摄像头或数码照相机 *显微镜接口 *金相图像分析软件 *PC品牌计算机（中文WINDOWS/XP操作系统） *打印机 *使用手册 1.2软件安装 *将USB密码狗插在计算机USB插口上 *通过接口将摄像头与显微镜相连(或用数码相机采集金相图象后存入计算机) *打开计算机，在我的电脑中打开优盘，首先安装密码狗驱动程序：双击‘dogdrive’再点击 狗头图标，安装完毕后退出；双击金相软件 ?setup?根据提示安装，会在桌面自动生成快捷方式。 1.3打开软件 用鼠标在桌面上点击?金相分析软件?图标，进入软件界面： 2、图像采集 2.1 图像采集 鼠标点击‘摄像头’-‘预览’则显微图像实时显示在计算机屏幕上，调整显微镜载物台，选择最佳视场，调整显微镜焦距，使图像清晰。此时图像处于活动状态，点击‘图像采集’图像自动定格在软件界面上。 2.2图像保存 在?文件?菜单选择?保存图像?，或按下?保存?图标，在文件对话框中选择合适的路径，输入正确的文件名，则将当前显微图像以256色BMP位图像格式保存到电脑磁盘中存盘。 2.4打开图像 在?文件?菜单中选择?打开?，或按下工具栏中?打开?图标，在文件对话框中选择 要打开的 图像文件，将磁盘中图像调出以便处理。 3、 3.1名词解释 灰度象点的明暗程度，最亮（白）为255，最暗（黑）为0。 图像处理通过特定的数学模型计算，改善图像的质量。
3.2亮度对比度调整 在?处理?菜单中选择?灰度变换?，在下一级菜单中选择?亮度对比度?，在对话框中移动滚动条或直接输入一个从-50-50之间的数字，正数加大亮度对比度，负数减小亮度对比度。按下确认按钮开始执行。 3.3滤波 3.3.1平滑滤波 平滑滤波可以消除或减弱图像中的污点、水渍、划痕、空洞等 噪音，有效改善图像质量，操作方法为在?处理?菜单上选择?滤波?，在下一级弹出菜单中选择?平滑滤波?。 3.3.2锐化滤波 锐化滤波的目的在于增强图像上如晶界、相界、夹杂等细节， 操作方法为在?处理?菜单上选择?滤波?，在下一级弹出功能 表中选择?锐化滤波?，在滤波对话框中选择滤波操作数的模式， 然后按下?确定?按钮。不同的滤波操作数对不同的图像有效，实践中可试用不同的操作数处理比较，选择适宜的操作数。 3.4图像分割 图像分割的目的在于将特征物与背景分离，将原始灰度图像变换为便于处理的黑白二色图像。如将球墨铸铁的石墨与基体分离，石墨用黑色表示，基体用白色表示。图像分割是图像识别的关键步骤。操作步骤为：在?处理?菜单中选择?图像分割?，则系统对当前图像自动进行分割，并在分割对话框中给出当前灰度图像的直方图和最佳分割阈值，操作者可以根据经验和实验适当调整阈值的大小。按下?确定?按钮将图像变换为黑白二值图像。 3.5图像反视 图像反视目的在于将灰度图像黑白反置。操作方法为在?处理?菜单中选择?图像反视?。3.6图像融合：打开?处理-图像融合?，打开一幅图，点击源图像，再打开另一幅图，点击融合既可。 3.7各处理方法功能简介 腐蚀沿特征物周围剥掉一圈，利用此功能可以消除小的噪音颗粒和麻点。 膨胀沿特征物周围扩展一圈，利用此功能可以填充小的空洞。 开相当于先进行腐蚀运算，然后再进行相同次数的膨胀运算，利用此 功能可以实现相连颗粒的分离。 闭相当于先进行膨胀运算，然后再进行相同次数的腐蚀运算，利用此 功能可以实现分离特征物的连接。如可实现断开晶界的连接重建。 提取边界提取颗粒的边界图像。 提取骨架提取颗粒的骨架，如可以将晶界提取为单线宽。 4.图像编辑 4.1设置窗口 默认状态下，图像处理和编辑的对象为整个图像，要对局部区域的图像进行处理，应该设置 图像窗口。 操作步骤：在软件界面右上角选择窗口形状，将鼠标光标移动到欲设窗口的图片上， 按下左键移动光标到欲设窗口右下角。在状态区中显示窗口的左上和右下坐标。 4.2取消窗口 在在软件界面右上角选择三角图标级即可。
实验名称：计算机辅助定量金相显微分析实验实验类型： 一、实验目的和要求（必填）二、实验原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.掌握金属材料组织结构与力学性能之间的关系,能够根据材料组织判定其力学性能。 2.掌握定量金相显微分析系统的正确操作方法，能利用设备进行金相组织的初步定量分析。 二、实验原理 材料成分、组织和性能之间定量关系的确定对于材料的研究、生产和使用具有理论指导和实际应用意义。定量金相方法是完成该任务的必要方法之一，即通过先确定材料组织的数量、大小、形状和分布，然后分析组织特征参数与成分或性能之间的内在联系，从而建立它们之间的定量关系。精确测定硬度计试验的压痕尺寸也是定量显微测量的应用之一。 常用的定量金相测量方法主要有比较法和测量法两种。 1.比较法 此法是将测量对象与标准图样进行比较以确定金相组织的级别，如晶粒度级别、夹杂物级别、石墨级别等，目前光学金相中的目视评级法属于比较法。比较法所用的标准图片由国家有关部门统一颁布。这种方法简单、快捷、易行，对于判断钢材一般的质量和性能趋势较为有效，在工矿企业中至今仍在沿用。 2.测量法 测量法主要通过测定组织的某些特征参数并进行计算，得到所需的各种数据。它不直接评定金相组织的级别。测量可以通过显微镜在试样的视场中直接进行，也可以在显微照片、投影屏或工业电视的显示屏上进行。显微组织的参数很多，通常只要测量最基本、最易获得、又能够由此推导出其他数据的有关参数，如点、线、面等。常用的测量方法有面积法、截线法、计点法和联合测量法。 传统的金相分析是人工分析法，重现性差、速度慢、效率低、劳动强度大，容易导致工作者的视觉疲劳，引起测量和计算误差。目前市场上出现的半自动、全自动金相分析仪的工作效率可比人工测量提高十几到几十倍。 IS100A系列金相图像分析系统是基于现代显微镜制造技术、理化检验中材料科学和计算机图像分析技术发展起来的现代金相分析工具。系统的软件依据数字图像处理技术，结合光学、电子学、数学、摄影技术、计算机科学等学科知识，采用面向对象的程序设计方法，实现对金相图像的专业分析处理，满足材料专业工作者对材料金相检验的需要。 IS100A系列金相图像分析系统应用了多种图像处理技术和数学方法，主要包括以下三个方面： 1)图像的数字化和编码，把图像从连续形式变换为离散形式，以进行计算及处理，并尽量节省存储空间 和信息容量； 2)图像的增强和恢复，即改善图像质量，降低噪音； 3)图像的分割和描述，把图像变换为简化的“图形”，以进行定量参数测量和性质描述。 三、主要仪器设备 计算机辅助定量金相分析系统 四、实验步骤 （一）、金相摄像 1、打开桌面IS200W多媒体显微实验互动系统。 2、打开电子显微镜，在载物台上放置金相试样（每组两个：灰口铸铁和球墨铸铁）。
金相分析技术及其应用 金属的性能取决于它的成分和微观组织，其中微观组织对金属性能的影响最为直接，因此我们可以通过对金属微观组织的观察和分析（即金相分析技术）来预测和判断金属的性能，并分析其失效破坏的原因。金相分析技术是根据有关的标准和规定来评定金属材料内在质量的一种常规检验方法，并可用来判断零件生产工艺是否完善，有助于寻求零件产生缺陷的原因，因此它是涉及金属材料生产、使用和科研中一种必不可少的手段。 进行金相分析，首先应根据各种检验标准和规定制备试样（即金相试样），若金相试样制备不当，则可能出现假象，从而得出错误的结论，因此金相试样的制备十分重要。通常，金相试样的制备步骤主要有：取样、镶嵌、标识、磨光、抛光、浸蚀，但并非每个金相试样的制备都必须经历上述步骤，如果试样形状、大小合适，便于握持和磨制，则不必进行镶嵌；如果仅仅检验金属材料中的非金属夹杂物或铸铁中的石墨，就不必进行浸蚀。总之，应根据检验的目的来确定制样步骤。 一、金相试样制备与观察 1、取样 取样是金相试样制备的第一道工序，若取样不当，则达不到检验目的。因此，取样的部位、数量、磨抛光面方向等应严格按照相应的标准规定执行。 （1）取样部位和磨面方向的选择
取样部位必须与检验目的和要求相一致，使所切取的试样具有代表性。必要时应在检验报告单中绘图说明取样部位、数量和磨抛光面方向。 图1-1表示轧制型材金相试样的切取方位，一般纵断面（图1-1中的1、2、4、5）主要用于：1）检验非金属夹杂物的数量、大小和形状；2）检验晶粒的变形程度；3）检验钢材的带状组织，以及通过热处理对带状组织的消除程度。横断面（图1-1中的3）主要用于：1）检验从表面到中心金相组织变化情况；2）检验表层各种缺陷，如氧化、脱碳、过烧、折叠等；3）检验表面热处理结果，如表面淬火的淬硬层，化学热处理的渗碳层、氮化层、碳氮共渗层以及表面镀铬、镀铜层等；4）检验非金属夹杂物在整个断面上的分布；5）测定晶粒度等。 （2）取样方法 金相试样一般为φ12×12mm的圆柱体或12×12×12mm的立方体。