基于深度学习算法的大尺寸铝合金中第二相的识别提取与定量统计分析

作     者：万卫浩 孙丹丹 李冬玲 赵雷 沈学静 王海舟 韩冰 Wan Weihao;Sun Dandan;Li Dongling;Zhao Lei;Shen Xuejing;Wang Haizhou;Han Bing

作者机构：钢铁研究总院北京100081 钢研纳克检测技术股份有限公司北京100081 金属材料表征北京市重点实验室北京100081 

出 版 物：《稀有金属材料与工程》 (Rare Metal Materials and Engineering)

年 卷 期：2022年第51卷第2期

页      面：525-534页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFB0702303) 

主　　题：7B05铝合金 第二相 深度学习 U-Net 全视场定量统计 

摘      要：铝合金中第二相粒子是在铸造过程中产生并对材料的物理化学性能有着显著的影响。目前常用的第二相的定量表征方法存在人工工作量大和消耗时间过长的问题。本研究提出一种基于深度学习的大尺寸铝合金中第二相的快速提取与定量统计表征方法,通过对图像中第二相特征的快速、智能化提取,实现多角度精细化的定量统计。结果显示,该方法的图像处理时间与软件批量处理时间一样为0.4s/张,但图像分割精度从42.74%提升到91.12%。从数据集制作方面,本方法用MIPAR软件结合人工微调代替传统的手工标记,大大节省了人工时间。为了满足精细化表征的要求,对3万张包括4种类型的全视场7B05铝合金扫描电镜图像进行分割提取,计算了第二相的长宽比、最短间距、面分布以及线分布等新的表征参数,其中线分布结果证明,与传统的随机选取视场的统计结果相比较,本研究使用的全视场多角度的统计表征方式误差更小,特征信息更全面。定量统计结果显示,厚度为6mm的铸轧7B05-T4铝合金截面,在最近邻上下表面位置第二相的平均面积最小,在厚度3 mm的位置存在波谷值;将截面均分为3个区域,第二相的平均面积分别为1.98、2.17、1.83μm^(2),平均长宽比分别为1.89、1.94、1.84,第二相数量分别为33 574、33 207、42 035个。以上结果表明,基于深度学习的铝合金中第二相的快速提取与定量统计表征方法可进行多角度的分析数据与挖掘,为组织、性能研究提供依据。