¹ООО «Тиксомет», Санкт-Петербург, Россия ; ²Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия:

А. А. Казаков, генеральный директор¹, зав. лабораторией металлургической экспертизы², эл. почта: kazakov@thixomet.ru
Д. В. Киселев, технический директор¹, инженер лаборатории металлургической экспертизы²
А. А. Кур, инженер¹, доцент кафедры «Металлургические и литейные технологии»²

Разработан и реализован в виде программного модуля анализатора изображений Thixomet Pro алгоритм автоматизированного определения загрязненности алюминиевых сплавов неметаллическими включениями по методике PoDFA. Адаптивный алгоритм сегментации изображений позволяет автоматически распознавать скопления включений на фоне неравномерной по освещенности металлической матрицы, включая участки с рельефом металла, как со стороны металла на границе металл – фильтр, так и в порах фильтра, заполненных металлом на глубину до 0,5 мм. Скопления включений разных типов разделены автоматически по их оптическим и морфологическим признакам. Высокопроизводительный алгоритм кластеризации, основанный на построении евклидовой карты расстояний, позволяет в режиме реального времени группировать включения даже на полноразмерных панорамных изображениях всей поверхности шлифа с учетом объединения включений по методике PoDFA согласно правилам «5 мкм» и «20 мкм». Повышены точность, воспроизводимость и скорость оценки, а также снижена субъективность анализа образцов PoDFA по сравнению с ранее используемой визуальной оценкой вручную. Разработанный модуль успешно опробован в условиях заводских лабораторий на профильных предприятиях. Приведены примеры использования анализатора изображений для анализа и интерпретации природы включений на промышленных образцах PoDFA, отобранных внутри фильтра в сплаве АА 3104, в сплошном слое включений в сплаве АА 6063 до фильтрации и в условиях сложных многокомпонентных конгломератов включений в алюминии технической чистоты. Выявлены существенные недостатки методики PoDFA, ограничивающие ее точность, воспроизводимость и производительность, что вызывает необходимость разработки более эффективной отечественной методики оценки загрязненности алюминиевых сплавов неметаллическими включениями.

1. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — М. : Изд-во стандартов, 2003. — 24 с. — Введ. 01–01–1997.
2. ГОСТ 23855–79. Слитки цилиндрические из алюминиевого сплава АД31. Технические условия. — М. : Изд-во стандартов, 2003. — 11 с. — Введ. 1980–01–01.
3. ГОСТ 19437–81. Слитки алюминиевые цилиндрические. Технические условия. — М. : Изд-во стандартов, 2003. — 10 с. Введ. 01–01–1983.
4. ГОСТ Р 56281–2014. Трубы прессованные крупногабаритные круглые из алюминиевых сплавов. Технические условия. — М. : Стандартинформ, 2015. — 10 с. — Введ. 01–08–2015.
5. ГОСТ 21488–97. Прутки прессованные из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия. — М. : Изд-во стандартов, 2001. — 22 с. — Введ. 01–01–1999.
6. Prillhofer B., Antrekowitsch H., Böttcher H. et al. Nonmetallic Inclusions in the Secondary Aluminum Industry for the Production of Aerospace Alloys // TMS Light Metals. 2008.
7. Oxidation Measurement by IA500 (Inspection Service). URL: http://www.nikkin-flux.co.jp/en/products/010_ia500_detail.html (дата обращения: 05.02.2019)
8. Gökelma M., Morscheiser J., Badowski M. Observation on Inclusion Settling by LiMCA and PoDFA Analysis in Aluminium Melts // International aluminium journal. 2015. Vol. 91. P. 56–61.
9. Doutre D., Gariepy B., Martin J. P. Aluminum Cleanliness Monitoring: Methods and Applications in Process Development and Quality Control // Essential Readings in Light Metals. 2016. P. 296–304. DOI: 10.1007/978-3-319-48228-6_36
10. Li C., Gökelma M., Bernd F. Understanding Non-metallic Inclusion Behaviour – Basis of Improving Aluminium Melt Clean - liness // AMAP (Advanced Metals and Processes), April 2018. DOI: 10.13140/RG.2.2.31105.35684
11. Davis J. R. ASM Specialty Handbook: Aluminum and Aluminum Alloys // ASM International, Metals Park, Ohio, USA, 1993. — 17 р.
12. Bell S., Davis B., Javaid A., Essadiqi E. Final Report on Effect of Impurities in Aluminum // Technical Report, Natural Resources Canada, March 2006. DOI: 10.13140/RG.2.2.34366.28482
13. Stanica C., Moldovan P. Aluminum Melt Cleanliness Performance Evaluation Using Podfa (Porous Disk Filtration Apparatus) Technology // U.P.B. Sci. Bull., Series B : Chemistry and Materials Science. 2009. Vol. 71, Iss. 4.
14. Metallographic Evaluation of PoDFA Inclusions Residue, Alcan, ARDC, Method Grid, 2012-96. URL : https://library.e.abb.com/public/d1511d760475946f85256dff0059f3a5/PoDFA%20report%20example%202006.pdf
15. Pana M. A., Moldovan P. Researches Concerning PoDFA Method for 5083 Alloys // Proceedings of the 12th International Conference on Aluminium Alloys, 5–9 Sep. 2010. The Japan Institute of Light Metals, Yokohama, Japan, 2010. P. 2399–2404.
16. Vonica D., Moldovan P., Stănică C., Buțu M., Ciurdaș M., Pană M. Investigations of the Nature of Non-Metallic Inclusions in Al – Mg – Mn Alloys // U.P.B. Sci. Bull., Series B : Chemistry and Materials Science. 2013. Vol. 75, Iss. 4.
17. Wannasin J., Schwam D., Wallace J. F. Evaluation of Methods for Metal Cleanliness Assessment in Die Casting // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 191, Iss. 1–3, P. 242–246. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.03.013
18. Gökelma M. et al. Assessment of Settling Behavior of Particles with Different Shape Factors by LiMCA Data Analysis // Light Metals. 2016. P. 843–848. DOI: 10.1007/978-3-319-48251-4_143
19. Matsushima H., Kuramasu Y., Isobe T. et al. Development of Automatic Metrology of Inclusions in Podfa Sample // 113th Autumn Conference ; Japan light metals, 2007, Chiba, Japan.
20. Luo X., Zhang H., Han X. et al. Development of Inclusions in 3104 Alloy Melt During Heating and Holding Treatments // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2016. Vol. 23, Iss. 6. P. 637–644. DOI: 10.1007/s12613-016-1276-2
21. Simensen C., Berg C. Survey of Inclusions in Aluminium // Aluminium Dusseldorf. 1980. Vol. 56. P. 335–340.