專利名稱：一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表征方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁液凝固組織變化原位的定量表征方法，尤其適用于鋁液微合金化過程柱狀枝晶和等軸晶轉(zhuǎn)變的定量表征。
背景技術(shù)：
鋁液凝固組織通常由柱狀枝晶和等軸晶組成，柱狀枝晶由鋁合金鑄件表面細晶粒或從鑄型壁直接形核在單向熱流的作用下?lián)駜?yōu)競爭生長形成。當(dāng)鋁液成分過冷及柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷、游離和增殖導(dǎo)致等軸晶在柱狀枝晶前方形核。等軸晶核長到一定的大小，形成網(wǎng)絡(luò)阻止柱狀枝晶的生長，使柱狀枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)變。柱狀枝晶具有明顯的擇優(yōu)取向，因此其性能具有各向異性；等軸晶組織均勻，其性能具有各向同性。鋁液凝固過程中柱狀枝晶和等軸晶的形狀和數(shù)量變化規(guī)律決定鋁合金鑄件的組織結(jié)構(gòu)；鋁液微合金化不僅改變鋁液合金成份，而且改變柱狀枝晶和等軸晶的形狀及數(shù)量，從而影響鋁鑄件的物理和機械性能。以往對鋁液凝固組織的研究通常是分析最終凝固組織進行金相分析來推測凝固過程可能發(fā)生的現(xiàn)象，或采用試樣快淬保留淬火瞬間的凝固特征，但這些方法均無法對鋁液微合金化凝固組織變化過程實時連續(xù)觀察，因此將丟掉一些重要的動態(tài)信息，給研究鋁液微合金化凝固組織變化規(guī)律帶來相當(dāng)大的困難；或根據(jù)凝固學(xué)基本原理，對鋁液微合金化凝固過程中的各種物理場及凝固組織的相形態(tài)、晶粒形核和生長等進行模擬，數(shù)值解析鋁液凝固組織變化規(guī)律，但是數(shù)值模擬方法缺乏直接可目視的佐證。同步輻射X射線成像技術(shù)由于具有穿透性強、光強度高、微秒級脈沖、分辨率較高等特點，能夠?qū)崟r觀察合金凝固結(jié)構(gòu)的變化行為。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)利用該技術(shù)對鋁液的凝固過程進行了實時觀察， 這些研究工作對鋁液凝固過程的組織變化進行了對比分析。尤其缺乏定量表征方法實時研究鋁液微合金化凝固過程的組織特點，因而人們對鋁液微合金化組織的變化規(guī)律及微合金化效果仍然缺乏定量的認識。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表征方法。
上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表征方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)鋁液微合金化凝固過程組織變化的實時成像利用同步輻射X射線成像技術(shù)實時觀察鋁合金凝固組織的變化；(2)凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶形狀維數(shù)的計算鋁液微合金化凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶的形狀分維數(shù)采用盒維數(shù)法計算，即用邊長為^的正方形網(wǎng)格分割凝固時間為 t時刻凝固組織/鋁液界面的單個柱狀枝晶或等軸晶X射線同步輻射圖像，統(tǒng)計柱狀枝晶邊界線所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)Nti (r,)，通過縮小正方形網(wǎng)格邊長ri;獲得與ri對應(yīng)的Nti (r,)，柱狀枝晶形狀維數(shù)Ddiot按公式(I)計算
權(quán)利要求
1.一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表征方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 (1)鋁液微合金化凝固過程組織變化的實時成像利用同步輻射X射線成像技術(shù)實時觀察鋁合金凝固組織的變化； (2)凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶形狀維數(shù)的計算鋁液微合金化凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶的形狀分維數(shù)采用盒維數(shù)法計算，即用邊長為^的正方形網(wǎng)格分割凝固時間為t時刻凝固組織/鋁液界面的單個柱狀枝晶或等軸晶X射線同步輻射圖像，統(tǒng)計柱狀枝晶邊界線所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)Nti (r,)，通過縮小正方形網(wǎng)格邊長ri;獲得與ri對應(yīng)的Nti (r,)，柱狀枝晶形狀維數(shù)Ddiot按公式(I)計算
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征方法，其特征在于，所得到鋁液微合金化凝固組織圖像空間分辨率為O. 1mm、時間分辨率為O.1微秒，鋁合金凝固組織實時成像區(qū)域位于鋁液凝固組織/鋁液界面區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表征方法，其特征在于，兩個極大值點所對應(yīng)的凝固時間即為柱狀枝晶向等軸間轉(zhuǎn)變開始時間h和等軸晶生長向等軸晶穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變時間t3，描繪出數(shù)量分維數(shù)隨凝固時間的變化曲線，確定該曲線在整個凝固過程中最小值組織數(shù)量分維數(shù)數(shù)D,所需的凝固時間t2，該時間t2為等軸晶形核期向等軸晶生長期轉(zhuǎn)變時間，由時間tpt2、七3定量判斷鋁液微合金化凝固過程鋁合金凝固過程柱狀枝晶生長期、等軸晶形核開始期、等軸晶穩(wěn)定生長期的凝固時間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于分形理論的鋁液微合金化凝固過程組織轉(zhuǎn)變過程的定量表征方法。該方法能夠?qū)︿X液微合金化凝固過程中對柱狀枝晶生長、等軸晶生核、柱狀枝晶與等軸晶轉(zhuǎn)變、等軸晶成長特征進行定量表征。首先，根據(jù)鋁液微合金化的凝固過程的實時影相，利用盒維數(shù)法計算凝固過程中柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數(shù)Dmor，其次，利用集結(jié)維數(shù)法計算凝固過程中不同形狀分維數(shù)Dmor柱狀枝晶和等軸晶數(shù)量值，由此計算出柱狀枝晶和等軸晶的組織數(shù)量分維數(shù)Dqua，從而獲得鋁合金凝固過程組織數(shù)量分維數(shù)Dqua凝固時間特征曲線。本發(fā)明的方法能夠作為鋁液微合金元素種類及微合金化工藝的判斷依據(jù)，對促進鋁液合金化技術(shù)及鋁合金鑄造工藝控制等方面將有重要的指導(dǎo)意義。
文檔編號G01N23/00GK102980899SQ201210467279
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者趙明, 吳晚云, 鄭劉斌, 李婷婷, 鐵軍, 屈敏 申請人:北方工業(yè)大學(xué)