第42卷第2期 2017年
2月测试与分析
金属热广程 HEAT TREATMENT OFMETALS
Vol. 42 No. 2 February 2017
基于工业CT扫描的材料内部裂纹表征与分析
杨少丹，宋克兴"，，张彦敏"，，周延军"，，陈赛
（1.河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳471023； 2.有色金属共性技术河南省协同创新中心，河南洛阳471023）
纹三维方向灰度切片图像，借助MATLAB+ImageJ软件对裂纹阔值、面积分布和扩展路径等特征进行了定量表征分析和拟合。结果表明裂纹面积分布呈对称趋势，采用四项式可较好拟合裂纹面积特征分布规律，采用累加法计算裂纹体积为76.83mm，与积分法计算相对误差为0.48%；相邻切片裂纹面积差值绝对值小于5的占59.26%，此区间裂纹区变化较为均勾：主视图裂纹体沿两侧扩展路径呈现不一致趋势，分别采用Gauss函数和Logistic函数对两侧路径A、B进行拟合，拟合度因子R分别为0.9928和0.9968，拟合精度较高；同时，主视图裂纹体两侧路径差值的3个峰值，将差值散点图分为3个阶段，其中阶段二差值呈线性增长。
关键词：工业CT：模具；裂纹：图像处理中图分类号：TG115.28
文献标志码：A文章编号：0254-6051(2017)02-0211-05
Characterizationandanalysisofinternalcrackofmaterialsbasedon
industrialcomputedtomography
Yang Shaodan', Song Kexing'?, Zhang Yanmin'-2, Zhou Yanjun'-2, Chen Sai'
(1. School of Materials Science and Engineering , Henan University of Science and Technology , Luoyang Henan 471023, China ;
2. Henan Collaborative Innovation Center of Non -ferrous Metal Generic Technology , Luoyang Henan 471023, China)
Abstract : In view of the characterization of intermal crack in materials service process , industrial computed tomography technology was used to scan the samples with internal cracks , and obtain the three-dimensional orientation gray slice images of the cracks - The threshold , area and propagation path were quantitatively characterized and fitted by MATLAB + ImageJ software technology - The results show that the crack area distribution realized as a symmetrical trend , using quartic polynomial can better fit the curve . The crack volume calculated by accumulative method is 76. 83 mm', and the fitting calculation error is 0. 48% . The absolute value of the area difference between adjacent slice cracks is less than 5 accounts for 59. 26% , which means that the crack area in this interval changes uniformly . In the front view, the expansion trend of the two sides of the crack path is different , the path A and path B are fitted by Gauss function and Logistic function respectively , the R° is 0. 9928 and 0. 9968, showing a good fitting effect. The difference value of two crack paths has three peaks , dividing
the scatter diagram into three stages , and difference of the second stage increases linearly . Keywords : industrial computed tomography ; die; crack ; image processing
材料服役过程中产生的损伤是指在外载或环境作用下，由于材料内部缺陷引起材料或结构劣化，最终形成宏观开裂或材料破坏。实际经验表明，材料内部损伤的演化、发展、聚合，直至萌生确定几何尺寸的宏观可见裂纹所经历的时间往往占使用寿命的80%左右。因此，研究材料损伤过程中内部裂纹缺陷的演变规律对保证材料安全可靠性具有重要意义[1-]
当前对于材料内部裂纹缺陷的研究，主要是通过收稿日期：2016-10-12
基金项目：河南省国际合作项目（162102410025）；河南省高校科技创新团队项目（14IRTSTHN007）
作者简介：杨少丹（1992一），女，硕士研究生，主要从事材料失效方面研究，E-mail;sdyang92@163.com。通讯作者：宋克兴，博士，教授，主要所
事材料损伤机理方面研究，E-mail：kxsong@haust，edu.cn DOI:10.13251/j- issn.0254-6051.2017.02.045
万方数据
金相显微镜、扫描电子显微镜等传统技术手段对断裂部位进行取样分析，试验手段具有破坏性，且只能定性分析.忽略了内部裂纹整体形貌走势特点，无法有效获得裂纹产生、发展的路径信息4。如今，工业CT（Industrialcomputerizedtomography）扫描技术具备的高能量、高空间分辨率、高扫描速度已使得研究者能够深入、无损、全面地观察金属材料内部裂纹缺陷特征[8」。Z.Yang等1”采用工业CT扫描技术对AM60 镁合金的损伤进行了研究。发现工业CT可以对尺寸为50μm的孔精确地测量，而且由重建得到的三维方向切片图像统计学信息为研究裂纹和微观结构的相互作用提供了重要的信息，认为工业CT扫描技术可有效检测裂纹的萌生和扩展过程。王璐等采用工业 CT扫描技术对含有疲劳裂纹的2A12铝合金进行扫