三维重构技术在金属材料微观结构研究中的应用.pdf

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1、·ll6·材料导报A：综述篇2012年l0月(上)第26卷第lO期三维重构技术在金属材料微观结构研究中的应用刘坤，徐磊，李双明(1青岛科技大学材料科学与工程学院，青岛266042；2西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072)摘要讨论了金属微观结构研究中三维重构的意义和必要性，详细介绍了基于连续切片的三维重构方法的两个主要部分：图像获取和数据处理。指出了图像获取中的主要问题与解决办法，讨论了图像数据处理中的各种方法和软件工具。最后介绍了基于连续切片的三维重构技术的最新进展，并总结了基于连续切片的三维重构方法推广应用的关键。关键词连续切片三维重构微观

2、结构金属材料中图分类号：TB31文献标识码：AApplicationofThree-dimensionalReconstructionontheResearchofMetal】Ⅵicr0structureLIUKun，XULei，LIShuangming(1CollegeofMaterialsScienceandEngineering，QingdaoUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266042；2StateKeyLaboratoryofSolidificationProcessing，NorthwesternP

3、olytechnicalUniversity，Xi’an710072)AbstractThesignificanceandnecessityofthree-dimensionalreconstructionforthemicrostructureresearchinmetalmaterialsarediscussed．Twomainstepsofserialsectioning-basedthree-dimensionalreconstructiontechnologyareintroducedindetails，imageacquisitionanddat

4、aprocessing．Inimageacquisition，themajorobstaclesandthemethodstosolvethemarediscussed．Severaltechniquesandsoftwareinimageprocessingareexaminedfortheirfeasi—bilities．Therecentprogressontheserialsectioning-basedthree-dimensionalreconstructiontechnologyisalsoSUlT'~a—rizedtoputforthwith

5、thekeypointsofthewiderusageofthistechnology．Keywordsserialsections，three-dimensionalreconstruction，mierostructure，metalmaterials界铁素体的三维形态进行了重建，证实在晶界面上形成的铁0引言素体在一维方向上较大，而并非扁平椭球体状。材料组织结构是材料科学与工程学科的基本要素之一。如上所述，对材料三维显微组织形态进行实验观测和表生产过程控制材料的微观结构，而微观结构影响材料的性质征具有诸多优点：(1)形象直观地展示了材料内部的三维形和使用

6、性能】]。因此，对微观组织结构进行观察、表征和分貌，较二维图像提供更多的信息，方便研究者揭示材料微观析是材料尤其是金属材料研究中非常重要的环节。结构的形成过程；(2)可以定性分析与定量测量，确定组织结自Sorby运用显微镜观察钢铁试片，金相图像便成为材构与材料性能之间的定量关系；(3)可以建立数字化的模型，料研究者认识金属材料微观结构的有力工具。透射电镜和并在此基础上进行模拟分析、理论验证、材料组织的虚拟设计，并借助数字化的生产技术构建复杂的实体模型等。扫描电镜等先进仪器获得的图像使人们对材料的微观组织尽管已有多种方法可获取材料的三维空间形貌，但对于有了更深

7、入的认识。二维图像(包括截面图像和投影图像)不透明的金属材料而言，其内在显微结构的三维形态难以直并不能完全反映材料的三维结构，用二维图像来推测材料的接观测。大多数的无损检测手段(如工业CT、超声波测量、三维结构具有一定的局限性[303。刘国权等r】证明，基于晶激光测量、MRI等)因分辨率、检测深度、使用范围、成本等原粒二维界面尺寸分布自相似形向三维空间进行推广，得出的因也难以适用。因此以连续切片为主的破坏性的方法，仍是3D晶粒尺寸分布的自相似性是不准确的。骆良顺等]通过目前了解金属材料微观结构三维形貌的主要方法[3“j。连续切片法重构了铝硅合金中初生相Si的

8、几何形态，发现当连续切片一三维重构即通过逐层磨抛切削