本文關(guān)鍵詞：粉末注射及壓制生坯的工業(yè)CT圖像的特征分析

  更多相關(guān)文章： 工業(yè)CT 粉末注射成形 壓制成形 粉末-粘結(jié)劑分離 密度分布

【摘要】：因具有能無(wú)損地對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維空間成像,檢測(cè)樣品不需要任何加工等等的優(yōu)勢(shì),工業(yè)CT系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用到材料科學(xué)的研究領(lǐng)域中來(lái)。壓制成形和粉末注射成形是粉末冶金領(lǐng)域兩個(gè)重要的粉末成形工藝。對(duì)這兩項(xiàng)工藝所獲得的生坯,利用傳統(tǒng)的材料觀察手段如掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡等對(duì)它們的表征往往是不合適的。所以將工業(yè)CT應(yīng)用到這兩項(xiàng)工藝的研究中來(lái),對(duì)于描述和分析這兩項(xiàng)工藝具有重大的意義。 工業(yè)CT系統(tǒng)檢測(cè)樣品輸出最主要的數(shù)據(jù)就是投影圖像和二維重建圖像。所以首先需要建立一套合適的圖像處理方法來(lái)對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理,從而能更加精確和方便地對(duì)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。本課題的圖像處理程序主要是在Matlab七編寫(xiě),其中主要有自適應(yīng)中值濾波來(lái)進(jìn)行圖像的濾波去噪,利用'unsharp'和小波變換的方法來(lái)對(duì)圖像細(xì)節(jié)進(jìn)行增強(qiáng)處理,基于圖像形態(tài)學(xué)開(kāi)運(yùn)算方法來(lái)均勻圖像以及迭代的閾值分割方法。利用圖像形態(tài)學(xué)的開(kāi)運(yùn)算,本文將不易于在不銹鋼生坯中觀察的缺陷進(jìn)行了提取。將經(jīng)過(guò)圖像處理后的二維重建圖像在Amira中進(jìn)行三維重建,最終可以獲得材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維圖像。利用圖像處理方法我們對(duì)鋁粉壓制生坯的整體及局部的相對(duì)密度進(jìn)行了計(jì)算。將得到的結(jié)果與阿基米德排水法和金相照片所計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文所采用的圖像處理方法的準(zhǔn)確性還是很高的。 注射生坯中缺陷的產(chǎn)生與其生產(chǎn)工藝參數(shù)息息相關(guān)。本文對(duì)在不同的注射條件下(包括注射溫度,注射速率以及注射壓力)獲得的6061鋁合金生坯進(jìn)行了工業(yè)CT掃描。基于得到的掃描結(jié)果,對(duì)注射生坯中不同種類(lèi)的缺陷進(jìn)行了觀察并結(jié)合相應(yīng)的注射參數(shù)分析了這些缺陷產(chǎn)生的原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在注射溫度較低以及有噴射現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)所獲得生坯中的缺陷較為嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)完好樣品和有缺陷樣品的灰度分布進(jìn)行比較和分析,可以得到一個(gè)評(píng)價(jià)生坯檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。為驗(yàn)證所得工業(yè)CT對(duì)注射生坯檢測(cè)的有效性,本文對(duì)不銹鋼注射的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 粉末與粘結(jié)劑分離現(xiàn)象是在注射成形工藝過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)的。以前對(duì)該現(xiàn)象的觀察缺乏非常有效的方法,定量分析更是難以進(jìn)行。本文利用工業(yè)CT圖像灰度與物體實(shí)際密度確定出了它們兩者之間所存在的直線(xiàn)關(guān)系并得到了相應(yīng)的直線(xiàn)方程。將工業(yè)CT得到的生坯內(nèi)部的灰度分布代入到直線(xiàn)方程中,可以得到相應(yīng)的密度分布,并最終通過(guò)生坯密度與SiC顆粒和粘結(jié)劑密度的關(guān)系可以得出生坯中的粉末含量分布。而得到的粉末含量分布就是粉末與粘結(jié)劑分離最為直接的體現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)3個(gè)初始裝載量的SiC生坯中的粉末與粘結(jié)劑分離現(xiàn)象進(jìn)行了分析。從分析結(jié)果可以看到初始裝載量不同,粉末與粘結(jié)劑在喂料充模過(guò)程中的分離是不一樣的,但是粘結(jié)劑富集區(qū)域主要集中在模壁和澆口附近。為研究模具形狀的影響,L形SiC注射生坯的粉末含量分布與注射參數(shù)相同的矩形生坯的進(jìn)行了對(duì)比。另外,分析了注射參數(shù)(注射溫度、速率和壓力)對(duì)L形生坯中粉末含量分布的影響。 壓制生坯中的密度分布一直是壓制成形工藝研究的重要問(wèn)題。通過(guò)確定壓制生坯密度與工業(yè)CT圖像灰度的直線(xiàn)關(guān)系,本文研究了6061鋁合金生坯中的密度分布。然后根據(jù)獲得的壓制生坯密度分布,本文改進(jìn)了Heckel經(jīng)驗(yàn)公式。利用該公式研究分析了生坯中的壓力分布,并且對(duì)壓制過(guò)程中的重要參數(shù)例如壓力透過(guò)比以及摩擦指數(shù)都進(jìn)行了計(jì)算。利用得到的圖像處理方法,將閾值分割后的壓制生坯的二維重建圖像進(jìn)行了三維重建。在Amira軟件的幫助下,對(duì)生坯中的單個(gè)孔隙的空間形貌(包括體積大小,球形度以及空間取向)進(jìn)行了分析和統(tǒng)計(jì)。研究發(fā)現(xiàn)隨著壓制壓力的增大,生坯中的孔隙是逐漸增多的,而且孔隙的形狀趨向變成扁平狀。
【關(guān)鍵詞】：工業(yè)CT 粉末注射成形 壓制成形 粉末-粘結(jié)劑分離 密度分布
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 1. 引言13-14
• 2. 課題研究目的及意義14-16
• 3. 文獻(xiàn)綜述16-35
• 3.1 工業(yè)CT的發(fā)展過(guò)程16-18
• 3.2 工業(yè)CT的組成及重建的基本原理18-21
• 3.2.1 工業(yè)CT的基本組成18-20
• 3.2.2 工業(yè)CT重建基本原理20-21
• 3.3 工業(yè)CT的技術(shù)指標(biāo)21-26
• 3.4 工業(yè)CT在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展26-28
• 3.4.1 工業(yè)CT對(duì)材料內(nèi)部缺陷的觀察和表征26-27
• 3.4.2 工業(yè)CT對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨實(shí)驗(yàn)條件變化的在線(xiàn)檢測(cè)27
• 3.4.3 利用工業(yè)CT對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)與其性能關(guān)系的確定27-28
• 3.5 壓制及注射工藝的研究進(jìn)展28-35
• 3.5.1 壓制工藝的研究進(jìn)展28-31
• 3.5.2 注射工藝的研究進(jìn)展31-35
• 4. 研究?jī)?nèi)容及解決方案35-37
• 4.1 研究?jī)?nèi)容35-36
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方案36-37
• 5. 圖像處理37-56
• 5.1 圖像去噪37-41
• 5.1.1 中值濾波37-39
• 5.1.2 自適應(yīng)中值濾波39-41
• 5.2 圖像增強(qiáng)41-42
• 5.3 閾值分割42-43
• 5.4 圖像形態(tài)學(xué)處理43-46
• 5.5 三維重建46-47
• 5.6 工業(yè)CT參數(shù)選擇及圖像處理結(jié)果的驗(yàn)證47-55
• 5.6.1 工業(yè)CT參數(shù)確定47-48
• 5.6.2 工業(yè)CT圖像處理結(jié)果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證48-55
• 5.6.2.1 壓制生坯密度及相對(duì)密度的計(jì)算48-51
• 5.6.2.2 注射生坯中缺陷的提取51-55
• 5.7 本章小結(jié)55-56
• 6. 注射生坯的缺陷檢測(cè)56-73
• 6.1 檢測(cè)樣品制備和工業(yè)CT掃描57-58
• 6.1.1 樣品制備57-58
• 6.1.2 工業(yè)CT掃描58
• 6.2 鋁合金注射的缺陷檢測(cè)及工藝參數(shù)優(yōu)化58-63
• 6.3 不同注射參數(shù)情況下缺陷的形成分析63-65
• 6.3.1 低注射溫度引起的缺陷63-64
• 6.3.2 低注射壓強(qiáng)和速率引起的缺陷64
• 6.3.3 噴射現(xiàn)象引起的缺陷64-65
• 6.4 6061鋁合金注射的評(píng)價(jià)65-69
• 6.5 316 L不銹鋼注射的優(yōu)化和評(píng)價(jià)69-71
• 6.5.1 注射參數(shù)優(yōu)化69-70
• 6.5.2 316 L不銹鋼注射的評(píng)價(jià)70-71
• 6.6 本章小結(jié)71-73
• 7. 注射生坯中粉末與粘結(jié)劑分離的研究73-92
• 7.1 矩形模具中粉末與粘結(jié)劑的分離73-82
• 7.1.1 密度與灰度關(guān)系的確立73-74
• 7.1.2 樣品的制備以及CT掃描74-75
• 7.1.3 計(jì)算生坯的密度75-76
• 7.1.4 注射生坯中的粉末含量分布76-82
• 7.1.4.1 垂直方向的粉末裝載量分布77-80
• 7.1.4.2 水平方向的粉末裝載量分布80-82
• 7.2 L形模具中粉末與粘結(jié)劑的分離82-90
• 7.2.1 密度與圖像灰度關(guān)系的確定82-83
• 7.2.2 樣品制備及工業(yè)CT掃描83-85
• 7.2.3 L形模具中的粉末含量分布85-88
• 7.2.4 注射溫度、速率和壓力對(duì)粉末-粘結(jié)劑分離的影響88-90
• 7.2.4.1 注射速率89
• 7.2.4.2 注射溫度89-90
• 7.2.4.3 注射壓力90
• 7.3 本章小結(jié)90-92
• 8. 壓制生坯中相對(duì)密度及孔隙的研究92-106
• 8.1 樣品制備和工業(yè)CT掃描92-93
• 8.2 密度和圖像灰度的關(guān)系93-95
• 8.3 壓制生坯中的密度分布95-96
• 8.4 壓制生坯中的壓力分布96-98
• 8.5 計(jì)算摩擦指數(shù)和摩擦力98-100
• 8.5.1 摩擦指數(shù)98-100
• 8.5.2 摩擦力100
• 8.6 孔隙的形貌分析100-105
• 8.6.1 孔隙數(shù)量和大小101-102
• 8.6.2 孔隙形狀和取向102-105
• 8.7 本章小結(jié)105-106
• 9. 結(jié)論和展望106-109
• 9.1 結(jié)論106-108
• 9.2 展望108-109
• 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)109-110
• 參考文獻(xiàn)110-121
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果121-125
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集125

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1093437