在軋輥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)利用PHOTOSHOP圖像處理軟件進(jìn)行定量金相分析研究的經(jīng)驗(yàn)交流

1、在軋輥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)利用PHOTOSHOP圖像處理軟件進(jìn)行定量金相分析研究的經(jīng)驗(yàn)交流首鋼京順軋輥有限公司 李京華由于不同用戶對(duì)軋輥的使用習(xí)慣與條件不同，在軋輥生產(chǎn)過程中，軋輥生產(chǎn)廠家一般要有針對(duì)性地進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整。也就是相同的材質(zhì)情況下，軋輥性能要求不同，工藝設(shè)計(jì)，爐前處理方法也會(huì)不同。在球墨鑄鐵軋輥的生產(chǎn)過程中，這個(gè)現(xiàn)象特別明顯。僅以最常規(guī)的中鎳鉻鉬球墨鑄鐵軋輥為例，國標(biāo)的硬度范圍為47-70HSD，可被廣泛地應(yīng)用于粗軋，中軋，甚至型鋼成品架。對(duì)于珠光體基體組織的鑄鐵軋輥而言，其碳化物、石墨大小、含量等對(duì)性能影響很大，不同的軋輥會(huì)有不同的碳化物，石墨，基體組織的要求，工藝設(shè)計(jì)人員一般通過各種工

2、藝參數(shù)的控制來使得各種組織比例達(dá)到最佳，以使軋輥的強(qiáng)度性能，硬度性能，硬度降落性能等達(dá)到用戶的專項(xiàng)要求。這樣，工藝設(shè)計(jì)人員就要通過金相檢測(cè)的方法對(duì)所進(jìn)行的工藝方案制訂、調(diào)整進(jìn)行評(píng)估。在簡單的情況下，一般通過顯微觀察方法即可。但是，在很多情況下，特別是要求進(jìn)行性能比對(duì)時(shí)，就要進(jìn)行定量金相的檢測(cè)分析，比如碳化物的含量測(cè)定，石墨含量的測(cè)定等。金相的檢測(cè)分析是通過對(duì)被測(cè)工件表面拋光、侵蝕后,利用不同金屬相之間受到侵蝕液腐蝕的程度不同，產(chǎn)生不同的光線反射條件，從而通過顯微鏡觀察顯示不同的顏包，來區(qū)分出不同的相組織。而進(jìn)行定量分析的方法就是通過金屬磨面中測(cè)得的二維參量來推算三維空間中金相組織含量的方法。一

3、般情況下，進(jìn)行定量金相檢測(cè)要通過兩種方法，第一種是手工定量金相檢測(cè)方法，即GB/T15749-2008中所規(guī)定網(wǎng)格數(shù)點(diǎn)法、網(wǎng)格截線法、顯微鏡目鏡刻度測(cè)定法等方法，上述各種方法的測(cè)量原理是通過二維平面中點(diǎn)、線、面等幾何參量的測(cè)量，根據(jù)點(diǎn)、線、面、體之百分?jǐn)?shù)的互等關(guān)系的假定，推算出顯微組織中待測(cè)物相三維空間的量值。這種方法具有快速，簡單的特點(diǎn)，但是人為因素影響較大，同時(shí)不適于差別較小的金相組織之間的區(qū)分和說明。為了解決上述問題，人們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)了定量金相檢測(cè)分析儀，目前應(yīng)用也比較廣泛。圖相分析儀是采用自動(dòng)化的圖相分析軟件對(duì)金相進(jìn)行測(cè)定。通過比較組織與組織之間的灰度差，進(jìn)行不同相組織之間的檢測(cè)與鑒別，通

4、過圖相的相素點(diǎn)的形狀特性完成測(cè)量，最后計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到相同相組織所占視場(chǎng)的比例，最后得出定量金相數(shù)據(jù)。這種方法能較有效地解決第一種方法所帶來的測(cè)量不準(zhǔn)，人為因素影響大的問題，但是由于在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般要人為地輸入不同的閾值，也有人為因素在內(nèi)。同時(shí)，由于該套軟件使用時(shí)一般廠家要經(jīng)過培訓(xùn)并且專人操作，設(shè)備投資較大，設(shè)備空置率較高，使用起來不太方便。后來，有很多廠家的金相檢測(cè)人員不斷進(jìn)行這方面的改進(jìn)，有的通過高級(jí)數(shù)碼相機(jī)直接讀出不同相組織的所占比例，有的通過自編的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行相組織比例分析，都比較行之有效，但是都要進(jìn)行一些投資或改進(jìn)。本文介紹一種直接通過PHOTOSHOP將不同相組織所占比

5、例準(zhǔn)確計(jì)算出來的方法，使得定量金相檢測(cè)變得隨手即得。只要有一臺(tái)能正常運(yùn)行PHOTOSHOP6.0以上版本的計(jì)算機(jī)即可完成此項(xiàng)分析，并且操作非常簡單可行。首先我們要將準(zhǔn)備進(jìn)行分析的金相組織用數(shù)碼相機(jī)或掃描儀數(shù)字化處理，圖相分辨率一般控制在300萬相素以上即可，若使用掃描儀，其分辨率可設(shè)定為200線以上。圖相格式無論jpg,tif,bmp等均可，只要PHOTOSHOP能解碼的位圖圖形格式，都可以利用PHOTOSHOP進(jìn)行處理編輯。下面講解具體操作過程：為了方便說明，我們先假定要進(jìn)行中鎳鉻鉬球鐵軋輥碳化物定量金相分析。1， 圖相的采集：如上所述，無論用數(shù)碼相機(jī)還是掃描儀，均應(yīng)保證具有足夠高的分辨率。

6、將文件存在指定目錄中，在文件下拉菜單中點(diǎn)選指定的文件，并且打開。在一般情況下，使用數(shù)碼相機(jī)取得的金相照片視場(chǎng)為圓形，如圖一所示。首先將文件改為灰度圖。具體操作是在圖相菜單中的模式里進(jìn)行調(diào)整。這種方法的目的是使文件充分瘦身，避免計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度過慢。所要注意的是變?yōu)榛叶葓D之后要對(duì)比一下原金相圖，如不同組織經(jīng)過腐蝕后所顯示的灰度接近就還必須使用原彩色圖形文件，以防止后期點(diǎn)選操作有困難。 圖一 金相圖片的打開2， 選擇視場(chǎng)面積求總相素：在文件中選出您所要分析的一塊有代表性的視場(chǎng)。利用這個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行碳化物含量的分析。為了更具有代表性也可以取全視場(chǎng)進(jìn)行分析。這里選一個(gè)有代表性的視場(chǎng)。利用矩形選擇工具進(jìn)行選擇

7、，如想使操作更方便也可通過圖相調(diào)整工具將對(duì)比度適當(dāng)增加，以使后期點(diǎn)選區(qū)域時(shí)更加容易。同時(shí)為了更使后邊的操作更加容易，一般能過反選命令將選擇分析區(qū)域外的金相組織圖去除，也使文件更小。 如圖二所示。 圖二 選擇分析視場(chǎng)操作完成后，即可利用PHOTOSHOP求出所選區(qū)域的總相素?cái)?shù)。點(diǎn)選圖相中的直方圖命令，會(huì)彈出一個(gè)信息框，最下邊一行即為所選擇區(qū)域的總的相素?cái)?shù)。這個(gè)數(shù)值定義為T值。圖三所示為利用直方圖的方法求出選擇區(qū)總相素?cái)?shù)。在這里介紹一下計(jì)算機(jī)圖形。計(jì)算機(jī)中顯示的圖形一般可以分為兩大類矢量圖和位圖。矢量圖使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點(diǎn)、線、矩形、多邊形、圓和弧線等等，它們都是通過數(shù)

8、學(xué)公式計(jì)算獲得的。例如一朵花的矢量圖形實(shí)際上是由線段形成外框輪廓，由外框的顏色以及外框所封閉的顏色決定花顯示出的顏色。由于矢量圖形可通過公式計(jì)算獲得，所以矢量圖形文件體積一般較小。矢量圖形最大的優(yōu)點(diǎn)是無論放大、縮小或旋轉(zhuǎn)等不會(huì)失真；最大的缺點(diǎn)是難以表現(xiàn)色彩層次豐富的逼真圖像效果。CAD，SOLIDWORD，Illustrator、CorelDRAW等都是矢量圖形設(shè)計(jì)軟件。而位圖是用相素點(diǎn)形成的圖形，每一個(gè)圖形用眾多相素點(diǎn)形成，各個(gè)單色的相素點(diǎn)組成一個(gè)圖片。JPG，BMP，TIF，PSD等均為位圖。我們測(cè)量不同相的面積是通過由計(jì)算機(jī)計(jì)算出每個(gè)選區(qū)內(nèi)的相素點(diǎn)數(shù)來模擬計(jì)算出該選區(qū)的面積，實(shí)際上是一個(gè)

9、相素計(jì)數(shù)的過程。 圖三運(yùn)用直方圖計(jì)算出總相素?cái)?shù) 3 點(diǎn)選所要計(jì)算相的區(qū)域。使用魔棒工具，選擇容差值在50左右，這與您調(diào)整的圖相對(duì)比度有一定關(guān)系。總之通過調(diào)整容差值（實(shí)際上就是金相分析軟件中的閾值），使選擇更準(zhǔn)確，更方便，可按住SHIFT鍵反復(fù)點(diǎn)選，也可以通過快速蒙版的方式進(jìn)行調(diào)整，最終將碳化物形態(tài)全部選出。 圖四 點(diǎn)選出全部碳化物區(qū)域4求點(diǎn)選面積總相素?cái)?shù)。 在全部碳化物選區(qū)處于激活的狀態(tài)下，即全部碳化物邊緣都處在高亮虛線時(shí)，點(diǎn)選圖相下拉菜單，點(diǎn)選直方圖命，在這種情況下，右側(cè)會(huì)出來一個(gè)信息框，這個(gè)框左側(cè)最下面一行顯示出點(diǎn)選相組織所占用的全部相素?cái)?shù)。用這個(gè)相素?cái)?shù)完全可以代表碳化物含量所占的面積。該

10、值定義為A. 如下圖五所示。 圖五 點(diǎn)選面積總相素?cái)?shù)5 計(jì)算面積比，求出定量金相值。將先擇相區(qū)的總的相素?cái)?shù)A除以所分析的金相選擇區(qū)總相素?cái)?shù)T再乘以100%即是該選區(qū)內(nèi)的碳化物面積比。按照國標(biāo)GB/T15749-2008中所規(guī)定，即可定義為該選區(qū)的碳化物定量金相。為了更具代表性，可多點(diǎn)選幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行反復(fù)操作，再求平均值來代表該次調(diào)整所得到的碳化物量，最終結(jié)合硬度，強(qiáng)度，韌性等力學(xué)分析，形成判定本次工藝調(diào)整是否成功的依據(jù)。這個(gè)方法同樣可以應(yīng)用于石墨的定量分析、鐵素體的定量分析、馬氏體的定量分析、高合金軋輥的殘余奧氏體量的定量分析、半鋼，石墨鋼軋輥偽共晶碳化物分析等。也可以用這種方法進(jìn)行普鋼輥夾雜物定量分析，來評(píng)估精煉效果. 對(duì)于軋輥生產(chǎn)的技術(shù)人員，特別是現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管