Active Contour Segmentation for the Identification of Metallographic and Morphological Elements of Interest in Ductile Cast Iron

IMPIEGO DELLA SEGMENTAZIONE MEDIANTECONTORNI ATTIVI NELL’IDENTIFICAZIONEDEGLI ELEMENTI METALLOGRAFICI E MORFOLOGICIDI INTERESSE NELLE GHISE SFEROIDALI Parole chiave: ghise sferoidali, analisi di immagine,segmentazione, contorni attivi Le ghise sferoidali costituiscono una famiglia di ghise piuttosto versatilecaratterizzata da un ampio intervallo di proprietà meccaniche che possonoessere ottenute mediante il controllo della microstruttura e degli sferoidi. Ilcontrollo della microstruttura della matrice è ottenuto mediante sia il con-trollo della composizione chimica che del processo di produzione. Si possonoavere ghise sferoidali ferritiche, ferrito-perlitiche, perlitiche, martensitiche,bainitiche, austenitiche ed “austemperate”. In funzione della microstrutturasi può ottenere un’ampia varietà delle combinazioni delle possibili proprietàmeccaniche. Per quanto riguarda il comportamento alla frattura, la caratte-ristica fondamentale di queste ghise è la presenza della grafite sotto forma dinoduli che, grazie alla loro morfologia, possono agire come “crack arresters”.Ciò consente di ottenere valori di duttilità e di tenacità superiori di assolutointeresse per impieghi per i quali sono previste sollecitazioni elevate, anchevariabili nel tempo.L’analisi della microstruttura dei materiali sino a qualche anno fa venivaprincipalmente affidata a metodi semi-quantitativi basati su ispezione visivada parte di esperti di provini metallografici. Solo negli ultimi anni è cresciu-to l’interesse in valutazioni che facessero ricorso a tecniche numeriche dianalisi di immagine. In questo lavoro il problema dell’identificazione dellecaratteristiche morfologiche di elementi quali noduli di grafite, zone dell’at-tacco chimico e matrice metallica, è stato affrontato con un approccio varia-zionale denominato segmentazione mediante contorni attivi.Nel caso delle ghise sferoidali, le immagini ricavabili dall’ analisi metallogra-fica al microscopio ottico mostrano, oltre agli sferoidi, alle zone di attaccochimico e alla microstruttura, profili irregolari e artefatti dovuti alla proce-dura di acquisizione, che devono essere distinti dagli elementi di interesse. Sipropone quindi una procedura automatica di identificazione in grado di rico-noscere i profili relativi agli sferoidi distinguendoli dalla matrice metallica edi quantificare quindi sia i parametri morfologici di interesse degli elementidi grafite, sia la distribuzione della matrice metallica (percentuale di ferritee di perlite).In questo lavoro è stato affrontato il problema dell’identificazione e dellacaratterizzazione delle particelle di grafite nelle ghise sferoidali ed il proble-ma della caratterizzazione della matrice, utilizzando una procedura di seg-mentazione innovativa detta segmentazione mediante contorni attivi. E’stata proposta una procedura di identificazione basata su un metodo varia-zionale in grado di riconoscere i profili relativi ai noduli di grafite, ed iden-tificare i differenti costituenti strutturali nella matrice metallica. La proce-dura proposta è stata applicata a ghise sferoidali ferrito-perlitiche (per l’iden-tificazione e la quantificazione della matrice metallica) ed a ghise sferoidaliaustemperate (per la valutazione dello stato di degenerazione degli elementidi grafite. In quest’ultimo caso è stata analizzata l’influenza di tale degene-razione sulla resistenza alla propagazione della cricca di fatica e sui micro-meccanismi di avanzamento. I risultati ottenuti hanno consentito di trarrele seguenti conclusioni:la procedura di analisi di immagine proposta consente una caratterizzazio-ne quantitativa ed oggettiva sia delle frazioni volumetriche delle fasi e deicostituenti presenti, sia del livello di degenerazione degli elementi di grafite,evitando la necessità di un particolare addestramento dell’operatore;la matrice metallica ha una particolare influenza sulla resistenza alla propa-gazione della cricca di fatica per elevati valori di R e/o di ÄK, mentre il gradodi degenerazione degli elementi di grafite influenza il comportamento a faticasolo per bassi valori di ÄK, qualunque sia il valore di R considerato;la presenza di elementi di grafite degenerati implica l’innesco di cricchesecondarie che propagano nella matrice metallica..