كاربرد پردازش تصوير براي بررسي سطح شكست فولاد API X70 در آزمايش ضربه شارپي

Application of image processing to study fracture surface of API X70 steel under Charpy impact test

آزمايش ضربه شارپي يك روش تجربي براي بررسي رفتار شكست ديناميكي مواد و مصالح مهندسي است كه در دماهاي مختلف بمنظور بررسي رفتار انتقال نرم به ترد مواد انجام مي‌شود. محاسبه درصد شكست نرم و ترد سطح شكست نمونه شارپي با استفاده از روش‌هاي چشمي و مقايسه‌اي (طبق استاندارد API E23) انجام مي‌شود كه مقادير دقيق شكست نرم و ترد را گزارش نمي‌كند. در اين تحقيق، روشي براي محاسبه ميزان دقيق درصد شكست نرم با استفاده از پردازش تصوير ارائه شده است كه امكان بررسي قسمت‌هاي مختلف سطح شكست را به صورت كمي با دقت بالا فراهم مي‌كند. مراحل پردازش تصوير براي سطح شكست يازده نمونه استاندارد شارپي از فولاد API X70 آزمايش شده در دماي 20+ تا 80- درجه سلسيوس و با فاصله دمايي ده درجه شرح داده مي‌شود. در اين تحقيق براي اولين بار تبديل تصوير كيفي سطح شكست شارپي به يك ماتريس كمي از مقدار درصد شكست ترد انجام شده است. تصاوير سطح شكست در يك قالب يكسان، شبكه‌بندي شده و هر تصوير با بيان يك ماتريس كمي‌سازي مي‌شود. امكان پيش‌بيني شكل قسمت‌هاي نرم و ترد از سطح شكست در دماي متفاوت در محدوده 20+ تا 80- درجه سلسيوس از نتايج اين تحقيق است. مقدار شكست نرم با استفاده از پردازش تصوير براي دماهاي20+، 0 ، 20-، 40-، 60- و 80- درجه سلسيوس به ترتيب100، 100، 86، 53، 36 و 0 درصد گزارش شده است. دماي انتقال براي فولاد آزمايش شده منطبق با شكست نرم 50 درصد، 45- درجه سلسيوس بدست آمد.

The Charpy impact test is an experimental method for determination of materials dynamic properties at different temperatures to investigate the ductile to brittle transition behavior of tested materials. The percentages of ductile and brittle fractures can be evaluated based on fracture area of Charpy specimen (according to API E23 standard) by visual techniques which do not provide exact percentages of these fractures. In this study, a method is proposed to calculate the exact percentage of ductile fractures using image processing, which makes it possible to quantitatively examine different parts of the fracture surface with high accuracy. All steps of image processing are described for eleven Charpy standard specimens of API X70 steel, tested at temperatures between +20 to -80 °C with a temperature increment of 10 °C. In this research, converting a qualitative image of fracture surface to a quantitative matrix is described for the first time. Prediction of the shape of ductile and brittle parts of the fracture surface at temperatures between +20 and -80 °C is one of the results of this study. The percentages of ductile fractures using image processing for temperatures of +20, 0, -20, -40, -40, -60 and -80 °C were obtained as 100, 100, 86, 53, 36 and 0, respectively. The transition temperature was -45 °C for this steel, corresponding of 50% ductile fracture.