版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
鐵路車輪第3部分:鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分布分
析方法
CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明
一、工作簡況
1、目的和意義
鐵路車輪的顯微組織結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響非常關(guān)鍵,尤其是車輪輪輞部位經(jīng)
淬火和回火處理后,要求其組織應(yīng)為細(xì)珠光體和鐵素體,而不應(yīng)該存在馬氏體和
上貝氏體等有害組織;鐵路車輪由于尺寸較大,在熱處理過程中不可避免的存在
梯度溫度場,導(dǎo)致了不同部位的組織可能存在較大的不均勻性,尤其是受淬火工
藝的影響,輪輞部位從踏面往里,冷速變化較大,晶粒尺寸分布也會(huì)有較大區(qū)別,
顯微組織分布的波動(dòng)尤其明顯,某些部位甚至可能出現(xiàn)對(duì)性能產(chǎn)生惡劣影響的異
常組織,但目前的《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》(GB/T13298-2015)中主要針對(duì)
鋼中珠光體、帶狀組織及魏氏組織等進(jìn)行金相評(píng)定,獲得金相組織類型,或者通
過定量金相分析法獲得各類合金顯微組織中物相平均體積分?jǐn)?shù)。無法反映大尺寸
范圍內(nèi)鐵路車輪不同位置處鐵素體定量分布信息,因此有必要開展鐵路車輪關(guān)鍵
部位的大尺寸范圍內(nèi)鐵素體等金相組織的全面定量分布解析。建立基于掃描電鏡
的鐵路車輪鐵素體的原位統(tǒng)計(jì)分布分析方法,對(duì)于鐵路車輪的質(zhì)量評(píng)價(jià),保證其
服役適用性具有重要意義。
2、任務(wù)來源
根據(jù)中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(以下簡稱:CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))《關(guān)于
CSTM標(biāo)準(zhǔn)《鐵路車輪第3部分:鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分析方法立項(xiàng)公告》,
由鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司作為標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位,承擔(dān)對(duì)《鐵路車輪第3
部分:鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分析方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的制定任務(wù),項(xiàng)目計(jì)劃編號(hào):
CSTM-LX990000714-2021
3、主要工作過程
2021年1月,組建了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組,由鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司、
馬鋼股份有限公司、太原重工軌道交通設(shè)備有限公司、太原鋼鐵的工作人員組成,
1
包括具有標(biāo)準(zhǔn)制定經(jīng)驗(yàn)的科研人員、分析技術(shù)人員。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組討論了具體
的工作過程、擬定了相應(yīng)的工作計(jì)劃。具體工作計(jì)劃如下:
2021年3月,建立鐵路車輪鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分析方法團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)模板。
2021年3-5月,完成鐵路車輪鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分析方法團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)草案。
2021年6月,中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟(CSTM)綜合標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域委員會(huì)(FC99)
標(biāo)準(zhǔn)審查會(huì)于6月10日在京召開,對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了立項(xiàng)評(píng)審,一致通過了
立項(xiàng)審查。
2022年7-12月,完善數(shù)據(jù),根據(jù)專家立項(xiàng)評(píng)審意見修改標(biāo)準(zhǔn)草案。
2022年4月,完成標(biāo)準(zhǔn)編制說明和成標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿,計(jì)劃面向社會(huì)公開征求
意見。
2022年6月,計(jì)劃完成標(biāo)準(zhǔn)征求意見,形成意見匯總表,并對(duì)征求意見稿進(jìn)行
修改,形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。
2022年8月,計(jì)劃召開本標(biāo)準(zhǔn)的審查會(huì)。
2022年9月,計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)表決,報(bào)批,正式發(fā)布出版。
三、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研情況、編制原則和主要內(nèi)容
1.調(diào)研情況
目前動(dòng)車組車輪夾雜物的評(píng)價(jià)主要是采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13298《金屬顯微組
織檢驗(yàn)方法》進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)定,評(píng)價(jià)內(nèi)容僅針對(duì)金相組織類型,無法獲得準(zhǔn)確的
鐵素體、珠光體等各類組織位置、體積分?jǐn)?shù)等定量統(tǒng)計(jì)信息,因此在金相組織的
評(píng)價(jià)方法存在表征信息不夠全面的特點(diǎn)。關(guān)于掃描電鏡的基本應(yīng)用國內(nèi)已有的相
關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要為:《GB/T23414微束分析掃描電子顯微術(shù)術(shù)語》包含了掃描電
鏡在科學(xué)和工程領(lǐng)域?qū)嵺`中共同應(yīng)用的術(shù)語定義;《GB/T17359微束分析能譜
法定量分析》規(guī)定了用安裝在掃描電鏡(SEM)上的能譜儀對(duì)試樣上特定點(diǎn)或特定
區(qū)增進(jìn)行定量分析的方法;《JYT0584掃描電子顯微鏡分析方法通則》規(guī)定了
掃描電子顯微鏡的分析方法原理、環(huán)境條件指標(biāo)、儀器、樣品、分析測試、結(jié)果
報(bào)告、儀器維護(hù)和安全注意事項(xiàng);這些標(biāo)準(zhǔn)無法提供車輪關(guān)鍵區(qū)域的鐵素體的原
位定量分布情況,因此有必要建立一個(gè)大尺寸范圍車輪鐵素體組織的定量統(tǒng)計(jì)分
布分析標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)車輪夾雜物的全面客觀評(píng)價(jià)。
2.標(biāo)準(zhǔn)編制原則
2
標(biāo)準(zhǔn)編制遵循“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”的原則,盡可
能與國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌,注重標(biāo)準(zhǔn)的可操作性,本標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按照GB/T1.1-2020
《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定進(jìn)行編寫
和表述。
3.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容
3.1標(biāo)準(zhǔn)名稱
本標(biāo)準(zhǔn)的中文名稱為“鐵路車輪第3部分:鐵素體掃描電鏡原位統(tǒng)計(jì)分析方法”,
英文名稱為“Originalpositionstatisticdistributionanalysisofferritebyscanning
electronmicroscope,insection2ofrailwaywheel”。
3.2標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的確定
本標(biāo)準(zhǔn)介紹了掃描電鏡測定鐵路車輪中的鐵素體組織的試樣準(zhǔn)備、圖像采集
方法,結(jié)合圖像定量分析實(shí)現(xiàn)大尺寸范圍內(nèi)鐵素體組織的原位定量統(tǒng)計(jì)分布分
析。包含原理、術(shù)語和定義、設(shè)備、試樣要求與制備、校準(zhǔn)與核查、測試方法、
檢驗(yàn)報(bào)告和資料性附錄幾個(gè)部分,本標(biāo)準(zhǔn)適用于鐵路車輪的鐵素體組織評(píng)價(jià)。
3.2.1實(shí)驗(yàn)材料取樣及表面制備
測試樣品的選取嚴(yán)格按照Q/CR638-2018標(biāo)準(zhǔn)中的顯微組織檢測試樣取樣部
位的規(guī)范進(jìn)行,取樣部位如圖1所示,在一種高鐵車輪剖面輪輞、近輪輞輻板、
近輪轂輻板以及輪轂處通過線切割如圖1所標(biāo)識(shí)的區(qū)域中取下四塊樣品,除輪輞
部位取樣區(qū)域面積為40mm×50mm外,其他取樣區(qū)域面積均為40mm×30mm。樣品
經(jīng)機(jī)械研磨至1200目拋光后,采用3%的硝酸酒精溶液進(jìn)行浸蝕;浸蝕時(shí)間為10s,
腐蝕出明顯的高鐵車輪鋼顯微組織(珠光體+鐵素體)。
圖1顯微組織取樣示意圖
1.輪輞,2.近輪輞處幅板,3.近輪轂處幅板,4.輪轂
3
3.3.2掃描電鏡采集方式和分析區(qū)域研究
采用高通量場發(fā)射掃描電鏡(Navigator-OPA,聚束科技)對(duì)經(jīng)腐蝕后的樣
品(輪輞樣品縱向距離輪輞踏面表層5mm,橫向居中,面積為30mm×10mm,除輪
輞外其他樣品的掃描區(qū)域?yàn)闃悠分行膮^(qū)域30mm×10mm)進(jìn)行顯微組織圖像的全自
動(dòng)連續(xù)采集,采集區(qū)域示意圖如圖2所示。由于采集所用樣品尺寸較標(biāo)準(zhǔn)取樣尺
寸(200mm2)大,在制樣拋光的過程中邊緣不可避免的會(huì)出現(xiàn)弧度,且測試面的制
樣過程中易出現(xiàn)邊緣與中心部位高低不平的現(xiàn)象,從而影響圖像采集時(shí)像散的調(diào)
節(jié),故采集區(qū)域選在樣品偏中心部位像散可調(diào)節(jié)處,這樣一來可以采集到較為清
晰的顯微組織圖像便于下一步分割處理。采集完的圖像(圖3和圖4)經(jīng)圖像處
理軟件(MIPAR,SoftwareLLC)批處理后,獲得鐵素體面積分?jǐn)?shù)定量統(tǒng)計(jì)分布
表征。電鏡采集參數(shù)如表1所示。
圖2顯微組織采集區(qū)域
表1高通量掃描電鏡采集條件
采集參數(shù)設(shè)置
圖像信號(hào)二次電子
全視場采集區(qū)域10×30mm
圖像分辨率2048*2048
單像素尺寸120nm
245.8×245.8m
單張圖像視場
放大倍數(shù)1180×
重疊率10%
圖像數(shù)量6256張
采集時(shí)間4.3h
4
(a)(b)
(c)(d)
圖3W1車輪在不同取樣位置的組織形貌
(a)輪輞;(b)近輪輞處幅板;(c)近輪轂處幅板;(d)輪轂
(a)(b)
5
(c)(d)
圖4輪輞部位距踏面不同距離的組織形貌
(a)距踏面5mm;(b)距踏面15mm;(c)距踏面25mm;(d)距踏面35mm
3.2.3顯微組織圖像的分割處理與定量統(tǒng)計(jì)
將高通量掃描電鏡所采集的全視場二次電子圖像,利用MIPAR圖像處理軟
件對(duì)所采集到的大量高鐵車輪組織圖像進(jìn)行識(shí)別分割,從而可以高通量地統(tǒng)計(jì)得
到高鐵車輪剖面不同部位鐵素體相的面積分?jǐn)?shù)分布數(shù)據(jù)。
高鐵車輪組織圖像的識(shí)別分割包括以下幾個(gè)步驟。其中“預(yù)處理”包括對(duì)比
度增強(qiáng)、降噪等步驟,提供了一種增強(qiáng)后續(xù)圖像分割時(shí)原始強(qiáng)度的解決方案?!皥D
像分割”被定義為將數(shù)據(jù)分離為不相交的區(qū)域,可輸出像素級(jí)圖像標(biāo)簽,這是從
二維數(shù)據(jù)集中提取有用的定量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟,其原理主要是依據(jù)圖像的襯度對(duì)
其進(jìn)行閾值分割(二值化處理),從而有效地將圖像數(shù)據(jù)分離為不相交的區(qū)域。
“形態(tài)學(xué)處理”是決定最終結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟,通過局部膨脹,腐蝕,剝離,
填充等步驟減小誤差,提高圖像分割的準(zhǔn)確性?!扒宄笔侵父鶕?jù)面積、面積比
等目的參數(shù)選擇性地刪除圖像中高于閾值或者低于閾值的對(duì)象或孔洞。對(duì)于本文
中面積分?jǐn)?shù)的測量是指計(jì)算所有選定的像素,然后將其除以圖像中像素的總數(shù)或
選定圖像某區(qū)域內(nèi)像素的總數(shù)。在優(yōu)化以上幾個(gè)步驟完成對(duì)灰度圖像盡可能準(zhǔn)確
的識(shí)別分割處理后,將上述對(duì)單張圖像的處理步驟保存為此批采集圖像的處理模
板,然后使用MIPAR軟件中批處理功能對(duì)高通量掃描電鏡所采集的大量圖像進(jìn)
行分割處理,得到鐵素體相在整個(gè)測試區(qū)域上的面積分?jǐn)?shù)分布數(shù)據(jù),對(duì)于因腐蝕
不均勻?qū)е路指钚Ч焕硐氲膱D像,可以使用MIPAR軟件的后處理功能對(duì)已完
6
成分割處理的圖像人工修正,進(jìn)一步提高處理結(jié)果的準(zhǔn)確性。
對(duì)高鐵車輪剖面不同部位所采集圖像分割處理的效果如圖5所示,其中a、
b、c、d四張圖像的分割結(jié)果-鐵素體面積分?jǐn)?shù)如表2和表3所示,從四個(gè)部位的
分割效果圖可以看出利用MIPAR軟件基本準(zhǔn)確的完成了對(duì)鐵素體相的分割處理
工作,得到了鐵素體相的面積分?jǐn)?shù)數(shù)值。之后使用MIPAR軟件對(duì)三種車輪共十
二塊樣品完成鐵素體面積分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),得到的數(shù)據(jù)經(jīng)Origin軟件繪圖得到
三種車輪不同部位鐵素體面積分?jǐn)?shù)二維分布圖及中心區(qū)域線分布圖如圖6所示,
二維分布圖的左側(cè)均為踏面方向,由二維分布圖可以看出三種車輪踏面部位鐵素
體的分布趨勢均為自踏面向下逐漸增加,其中W1車輪在踏面下5-15mm的區(qū)域
內(nèi)出現(xiàn)了較大梯度的鐵素體面積分?jǐn)?shù)分布,而W2和W3車輪在相同區(qū)域未出現(xiàn)
較大的鐵素體面積分?jǐn)?shù)梯度分布,這可能與三種車輪所采用不同的熱處理制度有
關(guān),三種車輪其他三個(gè)部位的鐵素體分布雖然偶有起伏,但是整體保持相對(duì)均勻
的分布,未出現(xiàn)類似于輪輞部位趨勢明顯的階梯式分布。
(a)(e)
(b)(f)
7
(c)(g)
(d)(h)
圖5不同部位分割處理對(duì)比圖
a-d分別為輪輞,近輪輞處輻板,近輪轂處輻板,輪轂的原始組織形貌圖像,e-h分別為
對(duì)應(yīng)四個(gè)區(qū)域圖像分割后的結(jié)果示意圖
表2單張圖像分割統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)
測試區(qū)域分割所得鐵素體面積分?jǐn)?shù)/%
輪輞14.186
近輪輞處輻板23.034
近輪轂處輻板22.233
輪轂26.688
(a)(e)
8
(b)(f)
(c)(g)
(d)(h)
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 2024年腦病醫(yī)院項(xiàng)目發(fā)展計(jì)劃
- 2024年電驅(qū)動(dòng)石油深井鉆機(jī)項(xiàng)目合作計(jì)劃書
- 2024年自配合組合電器項(xiàng)目建議書
- 2024年射頻消融治療儀項(xiàng)目發(fā)展計(jì)劃
- 2024年帶式輸送機(jī)項(xiàng)目發(fā)展計(jì)劃
- 中班數(shù)學(xué)教案《得數(shù)是6的加法》
- 全國2024年春季高等教育自考試市場營銷策劃試題含解析
- 全國2024年4月高等教育自考試市場營銷策劃考題含解析
- 2023年下半年自考工商管理專業(yè)本科市場營銷策劃考題含解析
- 2023年春季全國自考市場營銷策劃預(yù)測試題含解析
- 國際外貿(mào)模板:裝箱單
- 設(shè)備底座安裝檢驗(yàn)批質(zhì)量驗(yàn)收記錄表
- GB/T 16825.1-2022金屬材料靜力單軸試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)第1部分:拉力和(或)壓力試驗(yàn)機(jī)測力系統(tǒng)的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)
- JJF 1285-2011表面電阻測試儀校準(zhǔn)規(guī)范
- GB/T 3810.11-2006陶瓷磚試驗(yàn)方法第11部分:有釉磚抗釉裂性的測定
- GB/T 23505-2017石油天然氣工業(yè)鉆機(jī)和修井機(jī)
- GB/T 20238-2018木質(zhì)地板鋪裝、驗(yàn)收和使用規(guī)范
- GB/T 20033.3-2006人工材料體育場地使用要求及檢驗(yàn)方法第3部分:足球場地人造草面層
- GB/T 19449.1-2004帶有法蘭接觸面的空心圓錐接口第1部分:柄部-尺寸
- 低血糖癥診治醫(yī)學(xué)課件
- 宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)期末考試試卷(附答案)
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論