计算机辅助定量金相显微分析实验

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）。

3、点击操作系统图标中的“摄像头”图标，调焦至最清晰位置。

4、在操作系统“设置”中按“采集设置”，调节图像亮度、对比等参数至合适状态（以便二值化取值）。

5、点击图表中“照相机”图标，点击“图像处理”中的“灰度”，保存图像至相应课程名的文件夹中。

6、移动载物台，一个试样需取三个不同试场拍摄并保存图标1,2,3.

（二）、金相定量分析

打开桌面ISO100显微图像系统（金相分析版），选择灰铸铁或球墨铸铁。

定标操作：打开桌面“标准圆“图像文件，点击设置-定标设置-测试卡定标

定标操作步骤为:

1)在显微镜下采集一个标准圆，这里是显微镜在使用10×物镜下采集到的一个直径为0.25mm的标准圆，

标准圆的大小可以在标尺上看到；

2)读出所采集图像中标准圆的大小（这里是250μm）；

3)确定采集时使用的显微镜物镜倍数，这里是10倍；

4)进入定标设置，填入X、Y距离的大小，这里是250μm；

5)点击【测试卡定标】按钮，点住鼠标左键画出检测框。

6)先外切对齐上边框和左边框，在对齐右边框和下边框。鼠标点住框内可以移动，鼠标点住框外可以伸

缩。定标系数随框的大小自动计算出来后确定退出。

1.灰口铸铁分析

1)打开灰铁图像1。

2)点击金相检验→灰铸铁→石墨分析形状及长度→初始化→新视场（省略二值化，修正）→画线（按石

墨走向，在视场中画出5条最长的石墨线）→评级。

3)同样操作灰铁图像2、3，不必初始化，从新视场开始。

4)将多视场评级表抄录下来，作为实验结果数据。

2.球墨铸铁球化率分析

1)打开球铁图像1。

2)点击金相检验→球墨铸铁→球化率及石墨大小（GB）→初始化→新视场→二值化→修正（在切割操作

中，球铁图像1切割5个连接在一起的石墨，图像2切割10个，图像3切割15个）→评级→返回。

3)同样操作球铁图像2、3，不必初始化，从新视场开始。

4)将多市场评级表格抄下，作为实验数据结果。

3.珠光体分析

1)打开桌面“珠光体“图像。

2)点击金相检验→球墨铸铁→珠光体→初始化→新视场→二值化→修正→点取珠光体→自动分类→修

改类别→评级。

3)将评级表格抄录下来，作为实验结果数据。

五、实验数据记录

2.球墨铸铁球化率分析

六、实验结果分析

实验结果分析：

1.从灰口铸铁分析的实验数据可知平均石墨长度为163.2mm，石长>100mm,级别为1，其中视场1中石墨长度和另外两个视场下的石墨长度相差比较大，可能是因为人为选择和画线时的误差，也可能是在这一视场下的石墨长度不完整。

2.思考题：

根据测量的结果判别石墨级别的大小，分析球化率对材料力学性能的影响。

答：根据球墨铸铁球化率分析的实验数据，虽然切割操作时切割连接在一起的石墨数量分别是5、10和15，但测得的球化率接近，平均球化率为67.3%，介于60%～＜70%，根据GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》标准，可知该球墨铸铁球化级别为5。另外从结果中还知道，石墨大小为0.3978，石墨级别为8。

球化率对材料力学性能的影响：球墨铸铁的力学性能在很大程度上决定于球化率。一般来说，在其他条件相同的情况下，球化率愈高，力学性能也高。

3.由珠光体分析结果知，珠光体含量为20.8%，珠光体级别为20。