第八章金相定量分析

金相分析第八章金相定量分析主讲教师高晶§8金相定量分析主要内容重点内容◆定量金相主要测示的参数体视学和定量金相学的定义基本符号和基本方程的含义◆定量金相的基本方法比较法、计点法、截线法、截面法及联合截取法等几种定量金相分析的基本方法◆定量分析在材料研究中的应用§8.1定量金相主要测示的参数一、体视学和定量金相学从二维图像推断三维组织图像的科学就叫体视学把体视学应用于金相学研究的科学就叫定量金相学体视学定量金相学§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程材料组织的：点数(P)线长(L)平面面积(A)曲面面积(S)体积(V)物体的个数(N)金相定量分析测量？1、基本符号§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程表示被测量与测试用的量(用下标T表示)的比值。Pp—点分数，落入某个相内的点数(P)和总测试点数(PT)之比，即PP=P/PTPL—单位长度测试线所交的点数，PL=P/LT(1/mm)PA一单位测试面积中的点数，PA=P/AT(1/mm2)PV一单位测试体积中的点数(1/mm3)LL—线段分数，单位长度测试线中处于某个相内的线段长度(mm/mm)LA—单位测试面积中线段长度(mm/mm21/mm)LV一单位测试体积中的线段长度(mm/mm3或l/mm2)AA—面积分数，单位测试面积中某个相所占有的面积，AA=(AA)α=Aα/ATSV一单位测试体积中被测相的曲面积SV=S/VT(mm2/mm3或l/mm)Vv—单位测试体积中某个相的体积，Vv=(Vv)α=Vα/VT（mm3/mm3)NL—单位测试线所交某个相的点数(1/mm)NA一单位测试面积内某相的数量，NA=（NA)α=Nα/AT(1/mm2)Nv一单位测试体积中某个相的数,Nv=（Nv)α=Nα/VT(1/mm3)一平均线截距长度，=LL/NL(mm)—平均截面积，=AA/NA(mm2)—平均曲面积，=SV/Nv(mm2)—平均体积，=Vv/Nv(mm3)LLAASSVV§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程2、基本方程(1)Vv=AA=LL=Pp③由被测相的体积百分比乘以其密度即可得到被测相的质量百分比。①体积比、面积比、线长比及点数比是相等的关系②通过测量试样任一表面上被测相的点数比、线长比、面积比计算出体积比(2)SV=4LA/π=2PL§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程2、基本方程①单位测试体积中被测相的表面积与单位测试面积中被测相所占的线长以及单位测试线上被测相中所占的点数的关系②通过测量单位测试面积中的被测相的表面与截面交线长度LA及单位测试线上被测相的点数，可以计算出单位测试体积中被测相的表面积(3)LV=2PA§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程2、基本方程①单位测试体积中被测相的线长与单位测试面积中被测相所占的点数之间的关系②通过测量单位测试面积中被测相所占的点数，可以计算出不能直接测量的量LV(4)PV=LVSV/2=2LVLA/π=2PAPL§8.1定量金相主要测示的参数二、基本符号和基本方程2、基本方程①单位测试体积中被测相的点数和单位测试面积上被测相的点数，以及单位测试线上被测相点数的关系②可以通过测量PA和PL，得到Pv量纲点线面体mm0mm1mm2mm3PPPLPAPVLVSVVVLAAALL测量值与计算值之间关系§8.2定量金相的基本方法比较法、计点法、截线法、截面法及联合截取法等。一、比较法把被测相与标准图进行比较，和标准图中哪一级接近就定为那一级。如：晶粒度、夹杂物、碳化物及偏析等可以用比较法测出其级别。例放大100×时钢的晶粒度级别图一级二级三级四级五级六级七级八级二、计点法§8.2定量金相的基本方法在试样或照片上选择一定部位，数出格点落在被测相内的点数P，若测试网格的格点总数为PT，则可求得PP=P/PT。测试网格的选择1、第二相面积内格点不大于1且网线间距接近第二相间距;2、落在网格边界的点以二分之一计算。例测定球墨铸铁中球状石墨的体积分数Vv？用4×4网格覆盖在组织图片上，石墨落在网格内点数P=1/2+1/2+1=2网格测试点的总数PT=16，因此Vv=Pp=P/PT=2/16=1/8三、截线法§8.2定量金相的基本方法截线法是用有一定长度的刻度尺来测量单位长度测试线上落在待测相上的线段长度的总长L，然后除以测试线总长度LT，即得待测相百分数LL=L/LTLTL1L2L3L=L1+L2+L3LL=L/LT截线法还可以测量PL,即单位测试线上与被测对象的交点数截线法还可以测量NL,即单位测量线上被测对象的个数四、截面法§8.2定量金相的基本方法选定视场,其总面积为AT,测量出待测相面积Aα,则面积分数AA=Aα/AT也可用带刻度的网格来测量单位面积上的交点数PA或单位测量面积上的物体个数NAAα测量方法:用求积仪进行测量用称重法进行计算五、联合测量法§8.2定量金相的基本方法将计点法与截线法联合起来进行测量，通常用来测定PL和Pp，由定量分析的基本方程得到表面积和体积比值，即SV/Vv=2PL/Pp。§8.3定量分析在材料研究中的应用一、晶粒尺寸的测定1、比较法2、截线法（也叫弦计法或晶粒平均直径法）求出平均截距，查表或计算晶粒度级别L二、第二相颗粒的几何尺寸测定§8.3定量分析在材料研究中的应用表示粒子间距的参数主要有两种：1、平均粒子间距2、平均自由程从粒子中心到另一邻近粒子中心的平均距离。用σ表示从粒子边界到另一邻近粒子边界的平均距离。用λ表示例第二相粒子测第二相所占百分比？及第二相粒子平均自由程？1、第二相所占百分比的测定①测出单位测试线上第二相所占的线长LL②VV=LL③用体积百分比乘以密度得到质量百分比2、第二相颗粒的平均自由程的测定第二相粒子①测出单位测试线上第二相粒子的个数NL②设两个粒子中心之间的距离为σ，则σ=1/NL③若第二相粒子平均自由程为λ，则1－LL=λNL即，λ=（1－LL）/NL§8.3定量分析在材料研究中的应用三、测量多相合金中各相的相对量由基本方程(1)Vv=AA=LL=Pp可知，通过测某本Pp或LL，即可得到体积百分数Vv，再计算出质量百分数例有一Al-Sn合金组织，欲求组织中较亮的α（Al）相的百分数？①在图中引多条直线，L=73.5mm②测白亮相截线长度，Lα=49mm③计算VV=LL=Lα/L=67%④依次把多条线的Vα%均求出，计算Vv的平均值四、误差分析§8.3定量分析在材料研究中的应用分析中，最常用的是标准误差用σ表示σ=112nXXini式中，Xi为第i次测量值，为测量值的算术平均值，n为测量次数X测量误差的计算步骤如下：1、记录n次测试的数据：X1，X2，…，Xn；2、计算测量值的平均值：XnXini1=3、求出测量值的标准误差：σ=112nXXini4、求出绝对统计误差（真值对平均值的误差）：δ=σ/n§8.3定量分析在材料研究中的应用五、自动图像分析仪的应用成像系统扫描系统检测器图像处理器贮存器显示屏电传打印机组成成像系统试样移动扫描器探头计算机数据处理显示器程序控制器打印机计算器中央处理机中央处理机输出设备自动图像分析仪结构示意图§8.3定量分析在材料研究中的应用五、自动图像分析仪的应用应用晶粒度测定测定显微组织的含量测定镀层厚度及脱碳层、渗碳层深度测定非金属夹杂物计算球墨铸铁中石墨的球化率断口分形研究例1求得该金相图片的黑色和白色晶粒的晶粒度?采集的原始图像分析使用软件的74号分析模块进行1.第1步，亮度调整到-100：调整亮度后的图像2.第2步，对比度调整到100：调整对比度后的图像3.第3步，Sobel边缘检测：调整后的图像4.第4步，手工描绘晶界：5.第5步，自动评级-搜索白晶粒（将边界B设为0）：6.第6步，自动评级-同时搜索黑白晶粒（将边界B设为80）：例2非金属夹杂物显微评定模块水平测微尺图像垂直测微尺图像水平标定垂直标定1.非金属夹杂物初始采样图像：2.进入{区域选择和图像处理界面}：3.点击[图像处理]-[转换为灰度图像]：4.点击[图像处理]-[灰度自动色阶]：5.[灰度自动色阶]处理效果：6.调整亮度(程度数值增加到70)：7.调整对比度(程度数值增加到40)：8.进入自动评级模块：9.自动评级：点击自动评级按钮完成本次课小节主要测示参数基本方法在材料研究中的应用金相定量分析体视学与定量金相学含义基本符号与基本方程比较法计点法截线法截面法联合测量法晶粒尺寸的测定第二相颗粒的几何尺寸测定测量多相合金中各相的相对量误差分析图像分析仪的应用课后思考题1、什么是体视学?什么是定量金相学?2、定量分析的基本符号是什么?其物理意义和量纲是什么?3、定量分析的基本方程分别表示了什么关系?4、定量分析常用的测量方法是什么?5、自动分析仪在定量金相中有哪些应用？课堂练习有一试样，采用截点法测量第二相，试验网格为10×10，第二相有15点落在计点网格上，有6点正好落在网格的边界上，求第二相的体积百分数？