一种金属内部气孔特征参数测量和三维形貌重构的方法与流程
本发明公开了一种金属内部气孔特征参数测量和三维形貌重构的方法，属于逆向重构技术领域。
背景技术：
目前,针对金属中的气孔，传统的观察和测量方法是：切割试样后，用砂纸打磨，用金相显微镜观察并拍照，把图片导入图片处理软件测量相应的形貌参数；针对合金的孔隙率，目前主要用阿基米德排水法测量；传统方法，误差大，效率低，不能观察到完整的气孔形貌，无法测量单个气孔体积。
早期的逆向工程主要通过接触式探针测量和光学非接触测量三维实体，这两种方法只能测量外部轮廓；现有的核磁共振成象和扫描仪扫描虽然能够测量物体的内部轮廓，但上述方法可测实体的尺寸非常小，精度低，不能测量常用的金属材料；随着近年来工业ct技术的发展，对合金内部轮廓的重构成为可能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种金属内部气孔特征参数测量和三维形貌重构的方法，以其解决传统方法的不足，具体包括以下步骤：
（1）利用工业ct对样品进行断层扫描，获取连续多张360°的微米级虚拟图片。
（2）将所获得的虚拟图片按照步骤（1）所得图片的编号顺序导入医学影像软件mimics20.0中，重构合金的三维形貌。
（3）重构三维形貌后直接读取试样固体部分的体积v1，利用公式ρ=v1/v计算孔隙率，ρ表示孔隙率。
（4）逐一把气孔单独的提取出来并测量各个气孔的体积，保存气孔形貌图，统计气孔总数n，利用公式p=n/v，计算出气孔密度p，v表示试样体积。
（5）逐一测量每个气孔的长度l和体积v，利用公式
（6）对单个气孔的平均直径r1求和后，取平均值，得到试样的平均气孔直径。
优选的，本发明步骤（1）中断层扫描时每隔10微米扫描一次。
本发明的有益效果：本发明在不破坏样品的情况下，既可以对金属内部气孔的形貌参数进行测量，又可以对气孔进行逆向重构。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为藕状多孔铜制备装置图。
图3为逆向重构原理图。
图4为气孔的三维形貌图。
图中：1-炉体，2-感应线圈，3-模具，4-激冷铜盘，5-金属熔液、6-藕状多孔铜合金，7-x射线发射器，8-样品，9-探测器，10-虚拟图片，11-重构后的试样形貌。
具体实施方法
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例中用气体-金属共晶定向凝固的方法制备实验材料，具体为：采用高纯铜(99.99%，质量分数)和cu-10%cr（质量分数）合金，首先将称量好的铜和铜铬合金放入熔炼坩埚中，抽真空至1pa后缓慢加热至金属熔化，充入高纯氢气0.6mpa，在1573k保温10min以保证氢气充分溶解，此时开启下拉系统，铜液流出并在模具内凝固，在牵引速度为30mm/min的牵引杆的带动下逐渐拉制出藕状多孔铜，如图2所示。
本实施例所述藕状多孔铜内部气孔特征参数测量和三维形貌重构的方法（如图3所示），具体包括如下步骤：
（1）试样的制备：在铸锭中心部位切割出直径为6mm，高为20mm的圆柱状试样，清洗，烘干。
（2）利用工业ct对样品进行断层扫描，获取连续多张360°的微米级虚拟图片，如图3所示。
（3）将所获得的虚拟图片按照一定的顺序导入医学影像软件mimics20.0，重构出合金的三维形貌，如图3所示。
（4）重构三维形貌后直接读取试样固体部分的体积v1为23049128988.54µm3，利用公式ρ=(v1/v)×100%计算孔隙率，ρ=23049128988.54÷56548667765×100%=40.76%，孔隙率为40.76%。
（5）逐一把气孔单独的提取出来并测量各个气孔的体积，保存气孔形貌图（如图4所示），统计气孔总数n为62，利用公式p=n/v(v表示试样体积)，p=62÷565.49/mm3=0.11/mm3计算出气孔密度p为0.11/mm3。
（6）逐一测量每个气孔的长度l和体积v，利用公式
（7）对62个气孔的平均直径r1求和后，取平均值，得到试样的平均气孔直径为463.66µm。
技术特征：
技术总结
本发明公开一种金属内部气孔特征参数测量和三维形貌重构的方法，涉及逆向工程技术领域。与传统测量方法相比，本发明测量精度高，可以获取多种关键参数，重构气孔三维形貌，还可用于精确测量裂纹、缩孔、缩松等缺陷；具体步骤：利用工业CT对样品进行断层扫描，获取连续多张360°微米级虚拟图片，然后把虚拟图片导入逆向重构软件，重建气孔的三维形貌，并测量关键形貌参数。
技术研发人员：古航贞
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2019.03.11
技术公布日：2019.07.26
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