Analyse morphologique 3D de particules de formes complexes : application aux intermétalliques dans les alliages d'aluminium

3D morphological analysis of particles with complex shapes : application to intermetallics in aluminium alloys

• Auteur / Autrice : Estelle Parra-Denis
• Direction : Dominique Jeulin, Christophe Ducottet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aluminium -- Alliages

Reconnaissance des formes (informatique)

Analyse

Particules (matière)

Imagerie tridimensionnelle

Microtomographie

Résumé

Le matériau étudié dans cette thèse est un alliage d'aluminium 5182 contenant des particules intermétalliques de 2 types : Alx (Fe, Mn) et Mg2Si. Au cours du laminage industriel, les particules sont brisées et redistribuées dans le volume de la tôle. Or, les particules intermétalliques contrôlent à la fois l'aspect de surface et la formabilité de la tôle finale. Le travail présenté dans la thèse s'articule autour de 2 problématiques : mettre ne évidence la distribution volumique des particules intermétalliques dans le volume de la tôle, et caractériser leur forme tridimensionnelle complexe au cours du laminage. Ainsi, des échantillons prélevés à différentes étapes du laminage sont observés par microtomographie aux rayons X (réalisée à l'ESRF). Les images tridimensionnelles obtenues sont segmentées par la méthode de segmentation multi classe. Elle permet d'extraire chaque type de particule de l'alliage. Une base de données contenant chaque particule individualisée est créée. Elle permet de reconstruire l'image binaire du matériau et de travailler particule à particule. La dispersion des particules est mise en évidence par l'étude du graphe des distances et de la covariance. Puis l'analyse de l'érosion linéaire et de la covariance permet de modéliser le matériau par un modèle probabbiliste de type schéma Booléen à grains primaires sphériques. Une batterie de parmètres morphologiques caractérise la forme tridimensionnelle complexe des particules. Une analyse en composantes principales est ensuite réalisée pour synthétiser l'information. Dans l'espace obtenu, les particules sont classées en 5 familles de forme. Enfin, leur évolution au cours du laminage est étudiée

In this PhD-thesis, the studied material is an aluminium alloys 5182 containing 2 particles types : Alx(Fe, Mn) and Mg2Si. During industrial rolling, particles are broken up, and redistributed in the volume of the sheet. As particles controls surface aspect and formability of the final sheet, the work presented is based on 2 issues : to highlight volume distribution of intermetallic particles, and to characterize their three-dimensional shapes during the rolling process. Thus, samples extracted to different steps of the rolling process are been scanned by X ray microtomography (performed at the ESRF). The obtained three dimensional images are segmented by a multi class thresholding method. Extraction of each particle type is allowed. A data basis containing each individualized particles is created. It ensures to reconstruct the materail binary image and also to work particle by particle. The particles dispersion is highlight by the graph of distances and the covariance study. The analysis of linear erosion and covariance allows to model the material by a probabilistic Boolean model with spherical primary grains. A set of morphological parameters characterizes the intermetallic particles three dimensional complex shapes. A principal components analysis is performed to sum up the information. In the obtained subspace, particles are classified into 5 families of shapes. Their evolution is followed during the rolling process