《鐵路車輪 第2部分：鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計分布分析方法》征求意見稿

ICSXX.XXX.XX

XXX

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CSTMXXXXX-201X

鐵路車輪第2部分：鐵素體掃描電鏡原位

統(tǒng)計分布分析方法

EnglishNameoftheStandard(TimesNewRoman，4號，加粗)

Originalpositionstatisticdistributionanalysisofferritebyscanningelectron

microscope,insection2ofrailwaywheel

201X-XX-XX發(fā)布201X-XX-XX實施

中關(guān)村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟

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鐵路車輪鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計分布分析方法

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了掃描電鏡測定鐵路車輪中的鐵素體組織的試樣準(zhǔn)備、圖像采集方法，結(jié)合圖像定量分

析實現(xiàn)大尺寸范圍內(nèi)鐵素體組織的原位定量統(tǒng)計分布分析。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于鐵路車輪的鐵素體組織評價。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T13298-2015金屬顯微組織檢驗方法

GB/T15749-2008定量金相測定方法

GB/T18876.1-2002應(yīng)用自動圖像分析測定鋼和其他金屬中金相組織、夾雜物含量和級別的標(biāo)準(zhǔn)

試驗方法第1部分：鋼和其他金屬中夾雜物或第二相組織含量的圖像分析與體視學(xué)測定

GB/T27788微束分析掃描電鏡圖像放大倍率校準(zhǔn)準(zhǔn)則

Q/CR638-2018動車組車輪

3原理

珠光體和鐵素體等組織的二次電子像在灰度上存在差異，利用掃描電鏡在適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)下進(jìn)行大

面積掃描，可以獲得不同區(qū)域的多張顯微組織二次電子像，并標(biāo)記顯微組織的位置參數(shù)。利用圖像分析

軟件通過設(shè)定合適的灰度門檻值，可以區(qū)分、定量識別兩種組織并對多張顯微組織圖像進(jìn)行批處理，獲

得不同位置處的鐵素體組織的面積分?jǐn)?shù)。4術(shù)語和定義

4.1灰度

顯示在終端屏幕上的界于黑白之間的非彩色的顏色值域，它是被檢測的特征物自身所具有的。

4.2門檻值設(shè)定

4.3位置

視場中心在分析面上的相對位置

掃描電鏡二次電子像里由一種組織顯示的灰度值域的范圍，用于將原來的灰度圖像變換為黑白二值化圖

像，以便進(jìn)行組織區(qū)分和識別。

4.3原位統(tǒng)計分布分析

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通過合適的灰度門檻值將兩種不同組織區(qū)分后，通過不同組織像素點的統(tǒng)計可獲得分析面上的鐵素

體組織的分布情況，采用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行解析，實現(xiàn)對材料分析面內(nèi)原始位置上的各種金相組織面積

分?jǐn)?shù)占比的統(tǒng)計分布分析。

4.4面積分?jǐn)?shù)二維分布圖

根據(jù)視場中心所在位置以及其該視場內(nèi)顯微組織的平均面積分?jǐn)?shù)繪制整個掃描范圍內(nèi)所有視場顯

微組織面積分?jǐn)?shù)的二維等高圖，不同色標(biāo)表示不同的組織面積分?jǐn)?shù)。

4.5面積分?jǐn)?shù)一維線分布圖

在保持Y或X不變的情況下，各個視場組織的平均面積分?jǐn)?shù)沿X或Y方向的數(shù)值變化圖

5設(shè)備

5.1計算機自動控制的掃描電鏡，配置以下附件：

——計算機控制、由馬達(dá)驅(qū)動可沿X-Y方向自動移動的樣品臺

——控制和圖像采集軟件：根據(jù)用戶設(shè)定的參數(shù)，控制電子束和樣品臺，采集圖像。

5.2自動特征分析軟件的要求如下：

——可通過灰度門檻值分割將珠光體-鐵素體組織分開，根據(jù)組織圖像像素統(tǒng)計出所采集圖像上的兩相

占比；

——能夠批處理大量圖像并導(dǎo)出分割結(jié)果。

6試樣要求與制備

6.1取樣

顯微組織檢測評定試樣取樣位置按Q/CR638所規(guī)定，如圖1所示，檢測面應(yīng)垂直于輪輞外側(cè)面，

其中心位于踏面下15mm處，顯微組織檢測試樣的檢測面面積不應(yīng)小于200mm2。

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圖1顯微組織檢測取樣部位

6.2試樣制備按GB/T13298的規(guī)定執(zhí)行，拋光后的試樣面不應(yīng)有人為污染、外來物、劃痕等干擾物。拋

光完成后使用3%的硝酸酒精溶液浸蝕10s，浸蝕后將試樣清洗干凈后吹干待測。浸蝕后的試樣要求待

測物相襯度明顯且輪廓線清晰。如果試樣需要鑲嵌，則鑲嵌后的試樣應(yīng)保證有良好的導(dǎo)電性，參考GB/T

17359-2012中4.6的規(guī)定。

7校準(zhǔn)與核查

掃描電鏡放大倍數(shù)的校準(zhǔn)應(yīng)按GB/T27788的規(guī)定執(zhí)行

8測試方法

8.1用導(dǎo)電膠將樣品平整地粘在試樣托盤上，使用吸耳球?qū)悠泛屯斜P進(jìn)行吹掃，保證樣品和托盤的清

潔；

8.2將試樣托盤裝入掃描電鏡，設(shè)置適合二次電子圖像采集的工作距離，設(shè)置加速電壓，調(diào)整電鏡其他

參數(shù)，優(yōu)化圖像質(zhì)量；

8.3按照制造商推薦的程序控制樣品臺，設(shè)置待測試樣的圖像采集區(qū)域；并預(yù)先在整個分析面上均勻選

取若干個視場進(jìn)行聚焦操作，并采用軟件記錄這些視場圖像聚焦清楚時的Z軸位置以及電流、像散值。

8.4在確定的分析面內(nèi)，通過掃描電鏡軟件控制移動平臺移動樣品，并通過實時記錄視場位置坐標(biāo)，配

合二次電子探頭對樣品進(jìn)行金相組織圖形圖像自動聚焦和采集。設(shè)置合適的灰度門檻值，對獲得的二次

電子圖像進(jìn)行金相組織的識別，獲得珠光體-鐵素體的面積分?jǐn)?shù)和位置參數(shù)。

9檢驗報告

9.1檢驗報告宜包括如下內(nèi)容

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a)本標(biāo)準(zhǔn)號

b)鋼的種類、牌號和爐號

c)樣品尺寸

d）取樣方法及檢測面位置

e)電鏡圖像采集參數(shù)，放大倍數(shù)、工作距離、像素點大小、視場大小、單張拍攝停留時間。

f)觀察的視場大小及總掃描區(qū)域面積

g)各項檢測結(jié)果，包括不同位置的金相組織圖像，鐵素體相面積分?jǐn)?shù)的二維分布圖，鐵素體相面積分

數(shù)的線分布圖，異常組織報告等。

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附錄A（資料性附錄）

掃描電鏡的典型采集條件

表A.1給出了掃描電鏡的典型采集條件

表A.1掃描電鏡的典型采集條件

參數(shù)說明

放大倍數(shù)整體掃描所用的放大倍數(shù)，視場大小與放大倍數(shù)相關(guān)

像素點大小采集圖像所使用的單個像素點尺寸

視場大小單張圖像所包含的像素數(shù)量，如2048*2048

單張拍攝停留時間單張圖像拍攝所需時間

掃描區(qū)域分析終止條件，掃描區(qū)域大小達(dá)到設(shè)定值時采集將終止

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附錄B

方法的檢測結(jié)果典型實例

表B.1給出了方法三的檢測條件，圖B.1、B.2、B.3給出了方法的檢測結(jié)果。

表B.1掃描電鏡采集參數(shù)

掃描模式二次電子逐行掃描

電壓（KV）5

放大倍數(shù)1180

單視場大小（μm）245.8×245.8

單像素點尺寸（nm）120

掃描區(qū)域面積30mm*10mm

單張拍攝停留時間（ns）208.6

(a)(b)(c)(d)

圖B.1距離踏面不同距離：(a)4mm；(b)15mm；(c)25mm；(d)34mm的金相組織圖像，鐵素體面積分

數(shù)分別為：(a)8.894%；(b)15.059%；(c)18.284%；(d)21.164%

圖B.2鐵素體面積分?jǐn)?shù)二維分布圖

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圖B.3中心區(qū)域鐵素體面積分?jǐn)?shù)線分布圖

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前??言

本部分按照GB/T1.1-2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會綜合領(lǐng)域委員會提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由中國材料與試驗團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會綜合領(lǐng)域委員會歸口。

鐵路車輪的顯微組織結(jié)構(gòu)對其性能的影響非常關(guān)鍵，尤其是車輪輪輞部位經(jīng)淬火和回火處理后，

要求其組織應(yīng)為細(xì)珠光體和鐵素體，而不應(yīng)該存在馬氏體和上貝氏體等有害組織；鐵路車輪由于尺寸較

大，在熱處理過程中不可避免的存在梯度溫度場，導(dǎo)致了不同部位的組織可能存在較大的不均勻性，尤

其是受淬火工藝的影響，輪輞部位從踏面往里，冷速變化較大，晶粒尺寸分布也會有較大區(qū)別，顯微組

織分布的波動尤其明顯，某些部位甚至可能出現(xiàn)對性能產(chǎn)生惡劣影響的異常組織，但目前的《金屬顯微

組織檢驗方法》（GB/T13298-2015）中主要針對鋼中珠光體、帶狀組織及魏氏組織等進(jìn)行金相評定，獲

得金相組織類型，或者通過定量金相分析法獲得各類合金顯微組織中物相平均體積分?jǐn)?shù)。無法反映大尺

寸范圍內(nèi)鐵路車輪不同位置處鐵素體定量分布信息，因此有必要開展鐵路車輪關(guān)鍵部位的大尺寸范圍內(nèi)

鐵素體等金相組織的全面定量分布解析。建立基于掃描電鏡的鐵路車輪鐵素體的原位統(tǒng)計分布分析方

法，對于鐵路車輪的質(zhì)量評價，保證其服役適用性具有重要意義。

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