[发明专利]通过图像分析计算合金夹杂物

说明书

技术领域

本发明涉及通过图像分析而计算和分析合金中的夹杂物的方法。

背景技术

特定合金可能存在夹杂物，其中，夹杂物被定义为化学成分不同于合金成分的微观颗粒。这样的夹杂物以不合需要的方式存在于合金体中。夹杂物因制备材料的熔化方法所致。这样的夹杂物用作应力集中之处。夹杂物可导致随疲劳而发展的初始微裂纹。夹杂物的化学成分、数量、尺寸和空间分布是对疲劳行为有影响的参数。因此，实质上能够对存在于给定合金中的夹杂物进行计算和分类。而且，需要对代表零件的样本(其尺寸足够大且具有相同的相变状态)执行这样的冶金分析。

当前的计算合金(例如钢)中的夹杂物的方法包括：观察光学显微镜中的微观截面，和将观察到的夹杂物与显示出不同夹杂物存在情况的基准图像比较。这种方法存在多种缺点：与图像的比较缺乏精确性(存在取决于观察者的偏差)，而且无法获得关于夹杂物化学成分的信息。因此，有必要观察大量样本以实现对合金夹杂物清洁度的确定。所述方法因而是费力的和艰苦的(手动操作)，而且是不完全的。

发明内容

本发明将提供一种冶金分析方法，使得可通过令人满意的方式表征任意合金的夹杂物总量。所述方法因而包括：确定合金中存在的夹杂物的含量、尺寸、空间分布和化学成分，将这些测量值尽可能容易和准确地组合以在分析合金夹杂物清洁度时获得成本节约。

这一目的通过以下事实实现：所述方法包括：

a)制备所述合金的样本；

b)通过放大地观察所述样本的至少一个区域而确定夹杂物检测阈值；

c)基于在步骤b)中所限定的阈值检测所述样本的夹杂物，并计算所述夹杂物；

d)获取在步骤c)中所检测到的各夹杂物的图像，并确定各夹杂物的尺寸；

e)通过对各所检测的夹杂物进行化学分析，确定其化学成分；和

f)通过在步骤d)中获取的图像形成该样本的地图，所述地图显示出所述夹杂物的空间分布，在所述地图中，每个所述检测的夹杂物由图形元素表示，所述图形元素的尺寸与所述夹杂物的尺寸成比例，所述图形元素的颜色与所述夹杂物的化学成分相联系。

利用这些设置，计算和分析夹杂物所需的所有参数均在样本上测量，该样本被选择为足够大以在统计学上代表合金，所获取的数据最优地组合，以获得尽可能完整、易用和实用的夹杂物地图，由此实现生产率节约。特别是地图使得可确定夹杂物是否聚集在一起而形成群，所述群的通常形状很可能产生应力集中，这将对合金的疲劳强度有害。

有利地，计算和分析夹杂物的方法在步骤f)之后包括以下步骤：

g)使用在步骤f)中形成的所述检测的夹杂物的地图，基于至少一个预定标准分析所述样本。

这种使用地图的样本分析使得可核实被采样的合金是否符合要求。

本发明还提供一种用于计算和分析一合金中的夹杂物的系统。

根据本发明，所述系统包括：

显微镜；第一机构，其适于控制所述显微镜，用于基于检测阈值来检测所述合金样本中存在的夹杂物，并计算所述夹杂物；化学分析设备，其适于获得来自每个所述夹杂物的化学数据；第二机构，其适于获取每个所述夹杂物的图像并控制所述化学分析设备以通过所述化学数据确定所述夹杂物的化学成分；第三机构，其适于形成所述样本的地图，所述地图显示出所述夹杂物的空间分布，其中各检测的夹杂物由图形元素表示，所述图形元素的尺寸与所述夹杂物的尺寸成比例，所述图形元素的颜色与所述夹杂物的化学成分相关联；和用于显示所述地图的装置。

附图说明

通过阅读以下根据非限制性示例给出的实施例的详细描述，本发明可被更好地理解，且其优点更加显见。参照附图进行描述，其中：

图1显示出本发明方法的步骤；

图2显示出合金中夹杂物的图像以及通过本发明方法执行的其化学分析结果；和

图3是显示出通过本发明方法获得的显示出马氏体化250钢中夹杂物的地图。

具体实施方式

以下参照图1描述本发明的方法，其中显示出所述方法中一系列步骤。

使用电子显微镜、能散微分析系统和各种软件机构执行分析。

在步骤a)中，采用所研究合金的样本，所述样本使用已知技术制备。所述制备包括：使样本表面磨光以使其能够通过显微镜观察。所用显微镜是扫描电子显微镜(SEM)。通过SEM可获得比光学显微镜更高的放大率。而且，观察SEM背散射电子使得可获得在合金的夹杂物与基体之间更好的灰度对比度。