CN110646424A - 一种金相组织各向异性快速定量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金相组织各向异性快速定量评价方法，通过金相制样、图片采集、特征相选择、测量直线网格设置、截点计数、评价参数录入、评价结果自动计算等实现金相组织各向异性快速定量评级；能够提高工作效率、降低劳动强度；并建立起简便易用的相对精确度Ra计算方法，在精确度不满足要求时可以及时增加评级视场提高检测准确性。

Description

一种金相组织各向异性快速定量评价方法

技术领域

本发明属于金相分析测试技术领域，涉及一种金相组织各向异性快速定量评价方法。

背景技术

钢材中带状组织代表材料化学成分的不均匀分布，带状组织级别表征材料成分偏析程度。钢材中的带状组织是沿轧制方向以先共析铁素体为主的条带与以珠光体为主的条带彼此堆叠而成的组织形态，带状组织的存在使得钢材组织不均匀，易引起应力集中，降低钢材的强度、韧性等性能。

美标ASTM E1268采用体视学方法测定钢中带状组织和方向程度，即组织的各向异性，测试原理运用类似于晶粒度测定中网格截点法进行定量分析，利用统计学等计算方法实现钢中显微组织各向异性定量评价，并引进相对测量精度Ra评价测量准确度，评价结果更详细、更具科学性和代表性。但由于美标要求测试视场数量较多，需对测试照片进行处理、数据统计量大、数据处理复杂，进而导致检测速度慢，检测人员劳动强度大。美标组织各项异性评价目前每检测一个试样需花费30min以上时间，检测效率低，很大程度上制约了该标准的普及应用。

国标GB/T 13299《钢的显微组织评定方法》采用最严重视场与标准图谱比较进行评级。该方法检测速度快，通常在2—3分钟内可完成一个试样检测，适合于大批量生产快速检测。但该方法中最恶劣视场是以一个视场来代表全局，存在不同视场间系统偏差，同时由于检验人员对比标准图谱进行评级，不同检验人员由于工作经验和对评价标准理解的不同，评级复现性较差。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种金相组织各向异性快速定量评价方法，它能够提高工作效率、降低劳动强度；并建立起简便易用的相对精确度Ra计算方法，在精确度不满足要求时可以及时增加评级视场提高检测准确性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种金相组织各向异性快速定量评价方法，通过金相制样、图片采集、特征相选择、测量直线网格设置、截点计数、评价参数录入、评价结果自动计算等实现金相组织各向异性快速定量评级；具体步骤如下：

步骤（1）：金相制样，按照ASTM E1268标准要求取样，试样的大小若取全截面试样，纵向长度不少于10mm；非全截面，试样面积大于100mm²，纵向长度不少于10mm，通过粗磨机粗磨→砂纸细磨→抛光机抛光步骤，将其磨制成金相样品，并采用“硝酸-酒精”腐蚀剂对抛光样品进行浸蚀；

步骤（2）：图片采集，将抛光浸蚀后的试样置于金相显微镜载物台上，调节显微镜放大倍数50—200倍，选择能够显示显微组织的合适放大倍数；调节显微镜的焦距，直至出现清晰的显微组织；观察组织形貌，调整样品位置方向，确保组织的变形方向是水平的；移动载物台，随机选择一个视场，然后取显微照片；

步骤（3）：特征相选择，在所取显微照片上，判断组织中哪个相成带状，如果两相都有方向性，通常按照含量少的相计算；

步骤（4）：测量直线网格设置，以标定好的标尺为基准，在所取显微照片上随机画出几条已知长度的线段，线平行于变形方向，穿过成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm。再分别画几条已知长度的线段，线垂直于变形方向，且穿过待判定的成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm，所有线段位置均不能带有操作者主观上的偏差；

步骤（5）：截点计数，分别计数通过所划平行变形方向和垂直变形方向测量线与带状组织相晶粒边界相交的截点数量，计数规则依据ASTM E1268；

步骤（6）：评价参数录入，将平行变形方向和垂直变形方向测量线总长度、对应截点总数等分别录入预先根据ASTM E1268计算规则设计好的Excel函数表中，建议选取不低于5个测量视场以提高检测准确性；

步骤（7）：评价结果自动计算，根据录入评价参数，预先设计好的Excel函数表中自动计算组织的各向异性系数AI、平行变形方向和垂直变形方向各自截点测量的相对精确度Ra；如果Ra超过30%，则增加测量视场，修正Ra值，并重新计算AI。

本发明的积极效果是：通过金相制样、图片采集、特征相选择、测量直线网格设置、截点计数、评价参数录入、评价结果自动计算等步骤实现金相组织各向异性快速定量评级。大大降低工作强度，提高检测效率；同时建立了简便易用的相对精确度Ra计算方法，提高检测准确性。

附图说明

图1 金相原始图片；

图2 测试网格处理后的金相图片；

图3 合金钢20CrMo带状组织原始图片；

图4合金钢20CrMo带状组织测试网格处理后的金相图片；

图5低合金板Q345B带状组织原始图片；

图6低合金板Q345B带状组织测试网格处理后的金相图片。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

参见图1和图2，一种金相组织各向异性快速定量评价方法，通过金相制样、图片采集、特征相选择、测量直线网格设置、截点计数、评价参数录入、评价结果自动计算等实现金相组织各向异性快速定量评级；具体步骤如下：

步骤（1）：金相制样，按照ASTM E1268标准要求取样，试样的大小若取全截面试样，纵向长度不少于10mm；非全截面，试样面积大于100mm²，纵向长度不少于10mm，通过粗磨机粗磨→砂纸细磨→抛光机抛光步骤，将其磨制成金相样品，并采用“硝酸-酒精”腐蚀剂对抛光样品进行浸蚀；

步骤（2）：图片采集，将抛光浸蚀后的试样置于金相显微镜载物台上，调节显微镜放大倍数50—200倍，选择能够显示显微组织的合适放大倍数；调节显微镜的焦距，直至出现清晰的显微组织；观察组织形貌，调整样品位置方向，确保组织的变形方向是水平的；移动载物台，随机选择一个视场，然后取显微照片；

步骤（3）：特征相选择，在所取显微照片上，判断组织中哪个相成带状，如果两相都有方向性，通常按照含量少的相计算；

步骤（4）：测量直线网格设置，以标定好的标尺为基准，在所取显微照片上随机画出几条已知长度的线段，线平行于变形方向，穿过成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm；再分别画几条已知长度的线段，线垂直于变形方向，且穿过待判定的成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm，所有线段位置均不能带有操作者主观上的偏差；

步骤（5）：截点计数，分别计数通过所划平行变形方向和垂直变形方向测量线与带状组织相晶粒边界相交的截点数量，计数规则依据ASTM E1268；

步骤（6）：评价参数录入，将平行变形方向和垂直变形方向测量线总长度、对应截点总数等分别录入预先根据ASTM E1268计算规则设计好的Excel函数表中，建议选取不低于5个测量视场以提高检测准确性；

步骤（7）：评价结果自动计算，根据录入评价参数，预先设计好的Excel函数表中自动计算组织的各向异性系数AI、平行变形方向和垂直变形方向各自截点测量的相对精确度Ra；如果Ra超过30%，则增加测量视场，修正Ra值，并重新计算AI。

组织各向异性评价快速计算Excel函数表如下

实施案例1

用于合金结构钢20CrMo组织各向异性定量评价。试样为Φ20mm热轧盘条，沿纵向对称线切开，依此进行试样镶嵌、粗磨、细磨、抛光、腐蚀，然后采用金相显微镜及自带图片处理软件进行分析。金相照片如图3所示，从金相组织可知，为铁素体和珠光体两相组织，两相组织均具有明显的方向性，其中珠光体含量低于铁素体含量，因此对珠光体组织各向异性进行评价，随机拍摄6张照片进行测量网格处理，并分别记录各张照片平行于组织变形方向和垂直于组织变形方向测量线段总长度，处理后照片见图4，分别计数通过所划平行变形方向和垂直变形方向测量线与带状组织相晶粒边界相交的截点数量。6张照片的测量线总长度和截点数分别录入预设好的Excel函数表格中，分别计算出平行组织变形方向截点测量的相对精确度Ra:11.48%，垂直组织变形方向截点测量的相对精确度Ra:5.98%，组织的各向异性系数AI：1.95，垂直和平行组织变形方向截点测量的相对精确度均小于30%，满足测量精度要求，计算出的组织各向异性系数AI符合要求。

合金钢20CrMo组织各向异性评价Excel函数表如下：

实施案例2

用于低合金板Q345B组织各向异性定量评价。试样为厚度20mm热轧低合金钢板材，取纵向样依此进行试样粗磨、细磨、抛光、腐蚀，然后采用金相显微镜及自带图片处理软件进行分析。金相照片如图5所示，从金相组织可知，为铁素体和珠光体两相组织，两相组织均具有明显的方向性，其中珠光体含量低于铁素体含量，因此对珠光体组织各向异性进行评价。随机拍摄6张照片进行测量网格处理，并分别记录各张照片平行于组织变形方向和垂直于组织变形方向测量线段总长度，处理后照片见图6。分别计数通过所划平行变形方向和垂直变形方向测量线与带状组织相晶粒边界相交的截点数量。6张照片的测量线总长度和截点数分别录入预设好的Excel函数表格中，分别计算出平行组织变形方向截点测量的相对精确度Ra:11.48%，垂直组织变形方向截点测量的相对精确度Ra:5.98%，组织的各向异性系数AI:1.95，垂直和平行组织变形方向截点测量的相对精确度均小于30%，满足测量精度要求，计算出的组织各向异性系数AI符合要求。

Excel函数及计算过程见下表：

以上两个实施案例表明，本发明专利可以快速按照美标ASTM E1268对材料显微组织进行组织各向异性定量评价，输出组织各向异性系数AI。并同时计算出平行和垂直组织变形方向的截点测量相对精确度Ra，对于Ra＞30%的测量结果可以通过补充测量视场进行修正，重新计算组织各向异性系数AI，提高检测准确性。两个实施案例从金相分析到计算出各向异性系数AI，总耗时约5min，显著提高了检测效率，每个试样减少分析耗时25min以上，即提高效率80%以上。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行优化，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种金相组织各向异性快速定量评价方法，其特征在于，通过金相制样、图片采集、特征相选择、测量直线网格设置、截点计数、评价参数录入、评价结果自动计算等实现金相组织各向异性快速定量评级；具体步骤如下：

步骤（1）：金相制样，按照ASTM E1268标准要求取样，试样的大小若取全截面试样，纵向长度不少于10mm；非全截面，试样面积大于100mm²，纵向长度不少于10mm，通过粗磨机粗磨→砂纸细磨→抛光机抛光步骤，将其磨制成金相样品，并采用“硝酸-酒精”腐蚀剂对抛光样品进行浸蚀；

步骤（2）：图片采集，将抛光浸蚀后的试样置于金相显微镜载物台上，调节显微镜放大倍数50—200倍，选择能够显示显微组织的合适放大倍数；调节显微镜的焦距，直至出现清晰的显微组织；观察组织形貌，调整样品位置方向，确保组织的变形方向是水平的；移动载物台，随机选择一个视场，然后取显微照片；

步骤（3）：特征相选择，在所取显微照片上，判断组织中哪个相成带状，如果两相都有方向性，通常按照含量少的相计算；

步骤（4）：测量直线网格设置，以标定好的标尺为基准，在所取显微照片上随机画出几条已知长度的线段，线平行于变形方向，穿过成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm；再分别画几条已知长度的线段，线垂直于变形方向，且穿过待判定的成带状的组织相，线段长度的总和不少于500mm，所有线段位置均不能带有操作者主观上的偏差；

步骤（5）：截点计数，分别计数通过所划平行变形方向和垂直变形方向测量线与带状组织相晶粒边界相交的截点数量，计数规则依据ASTM E1268；

步骤（6）：评价参数录入，将平行变形方向和垂直变形方向测量线总长度、对应截点总数等分别录入预先根据ASTM E1268计算规则设计好的Excel函数表中，建议选取不低于5个测量视场以提高检测准确性；

步骤（7）：评价结果自动计算，根据录入评价参数，预先设计好的Excel函数表中自动计算组织的各向异性系数AI、平行变形方向和垂直变形方向各自截点测量的相对精确度Ra；如果Ra超过30%，则增加测量视场，修正Ra值，并重新计算AI。

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