CN109211903B - 一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，属于金属热处理领域。本发明通过对原位获取的不同时间段的待测金属材料的显微组织图进行轮廓提取、上色、叠加、再提取的过程获得按时间先后依次形成的组织图；再统计出组织图中不同颜色的像素个数，将这些像素按时间累加，计算出冷却相变体积分数。按照本发明的确定相变量的确定方法与常规方法相比具有直观、准确的特点，可以用于计算相变产物与时间/温度的关系。

Description

一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法及应用
技术领域
本发明属于金属热处理领域，更具体地，涉及一种在相变中定量分析原位观察结果的方法。
背景技术
相变的定量化分析方法常用的有淬火法、热膨胀法、超声波法、高温XRD法、DSC法等，这些方法各有优劣。例如，淬火法虽然精度高，但是实验次数多，在定量化分析相变过程时工作量极大。热膨胀法极大的降低了实验次数，但是如果在冷却时相继有不同组织形成，相变点极难准确获取。超声波法装置难以获取，而高温XRD法应用时面临扫描速度跟不上冷速的问题。DSC测量相变时，受设备最大冷却速度的限制，难以获得较快冷却速度下的相变曲线。相关的已公开专利有：中国实用新型专利说明书CN1247978中公开了一种高压高温相变测试方法，通过绘制压力随温度的变化率dP/dT曲线，确定样品的相变过程。中国实用新型专利说明书CN103308546A公开了一种定形相变材料相变函数测量方法，通过测量材料升温过程中的导热系数和相变潜热，进而确定相变动力学。
原位观察法是一种近些年兴起的方法，在材料的凝固、相变、晶粒长大等诸多领域逐渐得到应用，不仅能直接观察到相变时微观组织形貌的变化，而且在较大的冷却速度范围内均能观察到相变过程。但是，对相变原位观察结果的定量分析仍然缺乏，使原位观察结果的科学意义无法被充分发掘。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种精确定量分析方法，其目的在于，通过对原位拍摄的不同时刻的显微组织图像进行变色、叠加、提取等处理，对原位观察结果进行精确定量分析，由此解决现有技术缺乏对原位观察结果的定量分析的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，包括如下步骤：
步骤1：原位获取相变前、相变过程中、相变后的待测金属材料的显微组织图；
步骤2：提取出不同时刻显微组织图中的晶界与新生成的相轮廓，除轮廓外，图片中的其他位置透明；
步骤3：将不同时刻的轮廓照片更改为渐变的不同颜色，并按时间次序依此叠加，其中，先拍照的图片中的轮廓应该覆盖后拍照的图片；叠加后获得彩色图，彩色图中相的不同颜色表示形成先后顺序不同；
步骤4：步骤3叠加获得的彩色图的基础上，按步骤3选取的渐变颜色依次提取出不同颜色的若干张图，这些图分别代表按时间先后依次形成的组织；
步骤5：统计出步骤4提取的图中不同颜色的像素个数，将这些像素按时间累加，计算出冷却相变体积分数。
进一步地，步骤2中，通过调整亮度、对比度的图像处理方法提取出不同时刻照片中的晶界与新生成的相轮廓。
进一步地，步骤3的渐变颜色选择蓝色——绿色。
进一步地，步骤1中，原位获取图像的方式为高温金相显微镜原位拍照结果，或者高温激光共聚焦显微镜原位录像。
进一步地，待测金属材料为钢或镍基高温合金。
为了实现上述目的，本发明还提供了上述方法的应用，即将上述方法用于计算相变产物与时间/温度的关系。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过对原位拍摄的不同时刻的显微组织图像进行变色、叠加、提取及像素累加等处理，能够实现对原位观察结果进行精确定量分析，克服现有技术中不能针对相变的原位观察结果进行精确定量分析的缺陷。
2、按照本发明的方法确定的相变量与常规方法相比具有直观、准确的特点。
3、通过对彩图先叠加再提取的方式，能够得到分别代表按时间先后依次形成的组织图，实现对原位测量结果的精确分类，从而有利于后续的统计运算。
附图说明
图1是本发明的定量分析流程。
图2是本发明优选实施例的定量分析组织转变图的示意图。
图3是本发明的一个应用实例中原位观察的金相图。
图4是图3的处理方法，其中，a-f是不同颜色的组织图，g是叠加后的图，h是相变产物与温度的关系曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明的一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，主要包括如下步骤：
步骤1：原位获取相变前、相变过程中、相变后的待测金属材料的显微组织图；原位获取图像的方式为高温金相显微镜原位拍照结果，或者高温激光共聚焦显微镜原位录像。待测金属材料为钢或镍基高温合金。
步骤2：提取出不同时刻显微组织图中的晶界与新生成的相轮廓，除轮廓外，图片中的其他位置透明；优选地，通过调整亮度、对比度的图像处理方法提取出不同时刻照片中的晶界与新生成的相轮廓。
步骤3：将不同时刻的轮廓照片更改为渐变的不同颜色，并按时间次序依此叠加，其中，先拍照的图片中的轮廓应该覆盖后拍照的图片；叠加后获得彩色图，彩色图中相的不同颜色表示形成先后顺序不同；优选地，渐变颜色选择蓝色——绿色。
步骤4：步骤3叠加获得的彩色图的基础上，按步骤3选取的渐变颜色依次提取出不同颜色的若干张图，这些图分别代表按时间先后依次形成的组织；
步骤5：在图片处理软件中统计出步骤4提取的图中不同颜色的像素个数，将这些像素按时间累加，计算出冷却相变体积分数。
下面结合图2，以上贝氏体形成过程的示意图为例，解释本发明的具体实施步骤：
1.获得上贝氏体形成前、形成过程中、形成后的原位观察图片。
2.将图片分别调整成不同颜色。
3.将这些图片依次叠加。
4.分别提取出叠加图像不同颜色所在的区域。
5.分别统计这些区域的像素，获得组织转变量。
需要说明的是，附图2仅仅是实现的思路和方法，具体实施中由于拍照、对比度等限制，不一定能准确的提取出组织转变的完美过程，因此需要结合具体情况，处理出理想照片，图片处理手段不局限于调整对比度、亮度，也可以调整色相、饱和度等。
以下结合图3及图4的一个应用实例，描述本发明在300M钢连续冷却组织转变定量分析的具体应用：
1、在高温激光共聚焦显微镜上原位记录金属冷却相变过程，得到相变前、相变过程中、相变后的显微组织图。附图3是在两种冷速下原位观察获得的金属冷却相变过程的金相图。
2、通过调整亮度、对比度等图像处理方法，提取出不同时刻照片中的晶界与新生成的相轮廓，除轮廓外，图片中的其他位置透明。
3、将不同时刻的轮廓照片更改为蓝色——绿色等逐渐改变的不同颜色，并按时间次序依此叠加，其中，先拍照的图片中的轮廓应该覆盖后拍照的图片。叠加后获得彩色图，图中相的不同颜色表示形成先后顺序不同。附图4中a-f是不同颜色的组织图，g是叠加后的图。图4中用灰度图替代实际的彩色图。
4、在图片处理软件中统计出这些图中不同颜色的像素个数。
5、将这些像素按时间累加，计算出组织转变量，绘制出的与温度的关系曲线如图4的h所示。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：原位获取相变前、相变过程中、相变后的待测金属材料的显微组织图；
步骤2：提取出不同时刻显微组织图中的晶界与新生成的相轮廓，除轮廓外，图片中的其他位置透明；
步骤3：将不同时刻的轮廓照片更改为渐变的不同颜色，并按时间次序依次叠加，其中，先拍照的图片中的轮廓应该覆盖后拍照的图片；叠加后获得彩色图，彩色图中相的不同颜色表示形成先后顺序不同；
步骤4：在步骤3叠加获得的彩色图的基础上，按步骤3选取的渐变颜色依次提取出不同颜色的若干张图，这些图分别代表按时间先后依次形成的组织；
步骤5：统计出步骤4提取的图中不同颜色的像素个数，将这些像素按时间累加，计算出冷却相变体积分数。
2.如权利要求1所述的一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，其特征在于，步骤2中，通过调整亮度、对比度的图像处理方法提取出不同时刻照片中的晶界与新生成的相轮廓。
3.如权利要求1或2所述的一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，其特征在于，步骤3的渐变颜色选择蓝色——绿色。
4.如权利要求1或2所述的一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，其特征在于，步骤1中，原位获取图像的方式为高温金相显微镜原位拍照结果，或者高温激光共聚焦显微镜原位录像。
5.如权利要求1或2所述的一种对相变的原位观察结果进行定量分析的方法，其特征在于，待测金属材料为钢或镍基高温合金。
6.将如权利要求1～5任意一项所述的方法用于计算相变产物与时间/温度的关系。
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