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】：因具有能無損地對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行三維空間成像,檢測樣品不需要任何加工等等的優(yōu)勢,工業(yè)CT系統(tǒng)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用到材料科學(xué)的研究領(lǐng)域中來。壓制成形和粉末注射成形是粉末冶金領(lǐng)域兩個重要的粉末成形工藝。對這兩項工藝所獲得的生坯,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)用到這兩項工藝的研究中來,對于描述和分析這兩項工藝具有重大的意義。 工業(yè)CT系統(tǒng)檢測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對獲取的圖像進行處理,從而能更加精確和方便地對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析。本課題的圖像處理程序主要是在Matlab七編寫,其中主要有自適應(yīng)中值濾波來進行圖像的濾波去噪,利用'unsharp'和小波變換的方法來對圖像細節(jié)進行增強處理,基于圖像形態(tài)學(xué)開運算方法來均勻圖像以及迭代的閾值分割方法。利用圖像形態(tài)學(xué)的開運算,本文將不易于在不銹鋼生坯中觀察的缺陷進行了提取。將經(jīng)過圖像處理后的二維重建圖像在Amira中進行三維重建,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鋁粉壓制生坯的整體及局部的相對密度進行了計算。將得到的結(jié)果與阿基米德排水法和金相照片所計算的數(shù)據(jù)進行了比較,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鋁合金生坯進行了工業(yè)CT掃描�；诘玫降膾呙杞Y(jié)果,對注射生坯中不同種類的缺陷進行了觀察并結(jié)合相應(yīng)的注射參數(shù)分析了這些缺陷產(chǎn)生的原因。實驗發(fā)現(xiàn)在注射溫度較低以及有噴射現(xiàn)象出現(xiàn)時所獲得生坯中的缺陷較為嚴重。通過對完好樣品和有缺陷樣品的灰度分布進行比較和分析,可以得到一個評價生坯檢測的標準。為驗證所得工業(yè)CT對注射生坯檢測的有效性,本文對不銹鋼注射的參數(shù)進行了優(yōu)化。 粉末與粘結(jié)劑分離現(xiàn)象是在注射成形工藝過程中不可避免會出現(xiàn)的。以前對該現(xiàn)象的觀察缺乏非常有效的方法,定量分析更是難以進行。本文利用工業(yè)CT圖像灰度與物體實際密度確定出了它們兩者之間所存在的直線關(guān)系并得到了相應(yīng)的直線方程。將工業(yè)CT得到的生坯內(nèi)部的灰度分布代入到直線方程中,可以得到相應(yīng)的密度分布,并最終通過生坯密度與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)。本實驗對3個初始裝載量的SiC生坯中的粉末與粘結(jié)劑分離現(xiàn)象進行了分析。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行了對比。另外,分析了注射參數(shù)(注射溫度、速率和壓力)對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題。通過確定壓制生坯密度與工業(yè)CT圖像灰度的直線關(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,本文改進了Heckel經(jīng)驗公式。利用該公式研究分析了生坯中的壓力分布,并且對壓制過程中的重要參數(shù)例如壓力透過比以及摩擦指數(shù)都進行了計算。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行了三維重建。在Amira軟件的幫助下,對生坯中的單個孔隙的空間形貌(包括體積大小,球形度以及空間取向)進行了分析和統(tǒng)計。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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：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. 文獻綜述16-35
• 3.1 工業(yè)CT的發(fā)展過程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21-26
• 3.4 工業(yè)CT在材料科學(xué)領(lǐng)域的研究進展26-28
• 3.4.1 工業(yè)CT對材料內(nèi)部缺陷的觀察和表征26-27
• 3.4.2 工業(yè)CT對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨實驗條件變化的在線檢測27
• 3.4.3 利用工業(yè)CT對材料內(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展28-35
• 3.5.1 壓制工藝的研究進展28-31
• 3.5.2 注射工藝的研究進展31-35
• 4. 研究內(nèi)容及解決方案35-37
• 4.1 研究內(nèi)容35-36
• 4.2 實驗方案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)果的實驗驗證48-55
• 5.6.2.1 壓制生坯密度及相對密度的計算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56-73
• 6.1 檢測樣品制備和工業(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鋁合金注射的評價65-69
• 6.5 316 L不銹鋼注射的優(yōu)化和評價69-71
• 6.5.1 注射參數(shù)優(yōu)化69-70
• 6.5.2 316 L不銹鋼注射的評價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
• 主要創(chuàng)新點109-110
• 參考文獻110-121
• 作者簡歷及在學(xué)研究成果121-125
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集125

【參考文獻】

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本文編號：1093437