Алгоритми та програмний засіб для обробки зображень структури металевих матеріалів з метою визначення характеристик повзучості

Abstract

Cтаття містить опис підходу, алгоритмів та програмного засобу для аналізу зображень деформованих структур матеріалів. Розроблений підхід побудовано на виділенні при аналізі мікроструктури матеріалу важливих факторів, що впливають на високотемпературне деформування при повзучості у жароміцному нікелевому сплаві, а саме розмірів каналів та їхньої орієнтації. Розроблений програмний засіб використовує алгоритми перетворення зображень у бінарні чорно-білі за допомогою методу Отсу. Інтенсивність градієнту в кожній точці зображення візуалізується з використанням оператору Собеля. Границі фрагментів визначаються за допомогою детектора країв Кенні. Відрізки прямих ліній знаходяться з використанням перетворення Гафа. Програмний засіб реалізовано на мові програмування Python з застосуванням бібліотеки OpenCV. Описано основні складові частини та надано блок-схему програми. З застосуванням розробленого програмного забезпечення виконано перетворення відомих експериментально отриманих зображень деформованих при температурі 1273К та широкому діапазоні напружень структур зразків з жароміцного нікелевого сплаву CMSX-4 у різні моменти часу. Обговорюються результати аналізу розмірів каналів -фази у сплаві за допомогою кількісного оцінювання перетворених бінарних зображень. Знайдені характеристики були поставлені у відповідність до значення швидкості деформацій повзучості, що була визначена розрахунковим шляхом за відомими експериментальними даними. Показано можливість визначення переходу від ділянки встановленої повзучості до етапу лавиноподібного зростання деформацій та прихованих пошкоджень. Для розглянутого прикладу проведено визначення розташування каналів у представницькому зображенні. Запропоновано методику корегування кривих повзучості з залученням даних обробки зображень структури матеріалу.

The paper contains a description of the approach, algorithms, and software tool for image analysis of deformed material structures. The developed approach is based on the analysis of the microstructure of the material to identify important factors that affect high-temperature deformation during creep in a heat-resistant nickel-based alloy, namely, the dimensions of the channels and their orientation. The developed software tool uses algorithms for converting images into binary black and white using the Otsu method. The intensity of the gradient at each point of the image is visualized using the Sobel operator. Fragment boundaries are determined using the Canny edge detector. Straight line segments are found using the Hough transformation. The software tool is implemented in the Python programming language using the OpenCV library. The main components are described and a flow chart of the program is provided. With the use of the developed software, the transformation of the known experimentally obtained images of the structures of the specimens from heat-resistant nickel-based alloy CMSX-4 deformed at a temperature of 1273K and in a wide range of stresses at different time moments was performed. The results of the analysis of the dimensions of the -phase channels in the alloy using quantitative evaluation of transformed binary images are discussed. The found characteristics were matched to the value of the creep strain rate, which was determined by calculation based on known experimental data. The possibility of determining the transition from the secondary creep to the stage of avalanche-like growth of strains and hidden damage is shown. For the considered example, the location of the channels in the representative image was determined. A technique for correcting creep curves with the involvement of material structure image processing data is proposed.