Page 38 - 理化检验-物理分册2021年第十二期

刘吉华, 等: MATLAB软件在铁路车轮钢组织定量分析中的应用

占比进行计算, 即可预测材料的相关性能。在新型车 到一种适用于计算车轮钢中先共析铁素体 - 珠光体
轮钢材料性能的研究中, 如何准确高效地计算出材料 占比的计算方法。
中珠光体和先共析铁素体的占比显得尤为重要。 笔者以两种新型车轮钢为研究对象, 先采用传
传统的定量金相分析方法因其效率低、 精度差、 统定量金相方法对材料中先共析铁素体占比进行测
需要大量劳动力等缺点, 已经难以满足现代技术发 算, 再结合材料的扫描电镜( SEM ) 图像特点, 基于
展的需求。近年来, 为找到一种精度高、 效率高的金 MATLAB软件自带工具和改进的三角形算法, 对
相分析方法, 国内外学者利用数字图像处理技术对 车轮钢中先共析铁素体的占比进行计算, 然后将两
显微组织图片进行处理, 并展开了大量的研究。在 种方法的计算结果进行对比, 力求获得一种适合进
国外研究中, 利用数字图像处理技术可对典型钢的 行高速铁路车轮钢组织定量分析的方法。
显微结构进行自动分割用来寻求具有理想性能的新
型钢种 [ 5 ] , 还可对钢的渗碳层中残余奥氏体的体积 1 试验材料和微观形貌
分数进行测定 [ 6 ] 。在国内, 针对不同材料的金相图 以两种新型车轮钢为试验材料, 分别命名为1号
像特征, 开发出了不同数字图像处理算法对材料进 材料和2号材料。经截取、 镶嵌、 粗磨、 细磨、 抛光, 再
行定量分析及等级评定 [ 7-10 ] 。因为车轮钢中珠光 用4% ( 体积分数) 硝酸酒精溶液浸蚀后, 使用 SEM
体 - 铁素体的显微组织结构复杂, 提取对象( 即先共 进行微观分析, 获得车轮材料组织的SEM 形貌, 如图
析铁素体) 与背景( 即珠光体) 对比不明显, 在使用现 1所示, 可见车轮材料组织为珠光体 + 先共析铁素
有算法对新型车轮钢进行定量金相分析时, 尚未找 体。每种车轮材料的组织应获得10个不同的视场。

图1 两种车轮钢材料的SEM 形貌

Fi g 1 SEM mor p holo gy oftwowheelsteelmaterials

a material1 500× b material1 1000× c material1 3000× d material2 500× e material2 1000× f material2 3000×
来推算三维空间中显微组织含量的方法。笔者采用网
2 传统定量金相方法
格数点法 [ 11 ] 对两种材料中的先共析铁素体相进行测
传统定量金相方法是由金相磨面中测得二维参量 算, 图2为图1d ) 的网络数点法手工测算示意图。经过

图2 手工测算网格数点法示意图

Fi g 2 Schematicdia g ramof g rid p ointmethodformanualcalculation a location1 b location2 c location3
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