激光冲击强化镁合金表面晶粒细化的定量分析与研究

摘要

镁合金因储量丰富、密度小、比强度与比刚度高、良好的导热性与导电性等而被誉为21世纪理想的工程材料，但镁合金低的耐蚀、耐磨和力学性能制约了其性能优势的发挥。因此，采用表面改性技术以增强镁合金表面的化学和力学性能具有重要的现实意义。本文以AZ31B镁合金为研究对象，采用激光冲击技术对其表面进行改性处理，利用Matlab7.6强大的图形处理功能和计算功能，从理论和实验上系统研究了激光冲击强化层的晶粒细化率。
　　 采用钕玻璃强脉冲激光对镁合金表面进行了冲击处理，由于有能量吸收牺牲层的保护，表面没有灼伤痕迹，表面保留了良好的形貌且微观光洁度有所提高，材料表面的化学成分没有发生明显改变，也没有生成新的物相。通过金相图片观察到镁合金的晶粒明显得到细化。
　　 已有的研究结果只是定性的分析了激光冲击强化镁合金的晶粒细化，而对于定量分析镁合金的冲击后晶粒细化率还是空白，本研究着重做了这方面的创新工作。为定量的计算出镁合金晶粒的细化率，以便进一步定量分析其机械性能的改性，对激光冲击区和未冲击区的镁合金的金相图像进行了灰度增强处理、中值滤波处理、二值化处理、数学形态处理等，并利用截距法和面积法计算出冲击前后晶粒的面积及平均直径和激光冲击后晶粒的细化率。研究结果表明，该研究方法可以方便快捷的处理镁合金的金相图样，并可以准确的定量计算出激光冲击强化镁合金前后的晶粒面积细化率，平均直径、平均直径细化率，通过定量分析，得知其直径细化率为70.43％，面积细化率为71.33％。

目录

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第一章绪论

1.1镁合金表面激光冲击改性技术的发展概况及其意义

1.1.1镁合金的应用及存在的问题

1.1.2激光冲击强化的概况

1.1.3镁合金表面激光冲击改性的研究现状

1.2基于数字图像处理的金相分析的意义

1.2.1金相分析的发展及现状

1.2.2基于数字图像处理的定量金相分析的发展

1.3镁合金晶粒尺寸与镁合金性能的关系

1.4定量金相检测设备的发展概况

1.4.1国外发展概况

1.4.2国内发展概况

1.5本课题的研究内容

第二章镁合金金相组织定量分析的结构和方案

2.1镁合金金相组织定量分析的技术体系

2.2镁合金金相组织定量分析的研究内容

2.3镁合金金相组织定量分析的结构

2.3.1金相组织图像的采集

2.3.2金相组织图像的数字化

2.3.3基本符号和基本方程

2.3.4金相组织分析的定量计算

2.4分析环境

2.4.1计算机

2.4.2金相显微镜

2.4.3数码相机

2.5本章小结

第三章金相图像的处理

3.1金相试样的制备与金相图样的获取

3.2数字图像处理技术

3.2.1数字图像和数字图像处理

3.3图像的预处理

3.3.1灰度变换增强

3.3.2图像平滑处理

3.4图像二值化

3.5二值图像的数学形态处理

3.5.1开运算处理

3.5.2晶界处理

3.6本章小结

第四章镁合金晶粒细化率的计算与分析

4.1晶粒度的测定方法

4.2边缘跟踪与轮廓处理

4.2.1边缘检测

4.2.2边缘检测

4.3镁合金晶粒度计算

4.4本章小结

第五章总结与展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文与专利