一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表徵方法
2023-11-30 23:16:56 2
專利名稱：一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表徵方法
技術領域：
本發明涉及鋁液凝固組織變化原位的定量表徵方法，尤其適用於鋁液微合金化過程柱狀枝晶和等軸晶轉變的定量表徵。
背景技術：
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擇優競爭生長形成。當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，形成網絡阻止柱狀枝晶的生長，使柱狀枝晶向等軸晶轉變。柱狀枝晶具有明顯的擇優取向，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量變化規律決定鋁合金鑄件的組織結構；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生的現象，或採用試樣快淬保留淬火瞬間的凝固特徵，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觀察，因此將丟掉一些重要的動態信息，給研究鋁液微合金化凝固組織變化規律帶來相當大的困難；或根據凝固學基本原理，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、晶粒形核和生長等進行模擬，數值解析鋁液凝固組織變化規律，但是數值模擬方法缺乏直接可目視的佐證。同步輻射X射線成像技術由於具有穿透性強、光強度高、微秒級脈衝、解析度較高等特點，能夠實時觀察合金凝固結構的變化行為。國內外學者已經利用該技術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。尤其缺乏定量表徵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律及微合金化效果仍然缺乏定量的認識。發明內容
本發明的目的就是針對現有技術的問題，提供一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表徵方法。
上述目的是通過下述方案實現的一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表徵方法，其特徵在於，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採用盒維數法計算，即用邊長為^的正方形網格分割凝固時間為 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，統計柱狀枝晶邊界線所佔有的正方形網格數Nti (r,)，通過縮小正方形網格邊長ri;獲得與ri對應的Nti (r,)，柱狀枝晶形狀維數Ddiot按公式(I)計算
權利要求
1.一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表徵方法，其特徵在於，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採用盒維數法計算，即用邊長為^的正方形網格分割凝固時間為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，統計柱狀枝晶邊界線所佔有的正方形網格數Nti (r,)，通過縮小正方形網格邊長ri;獲得與ri對應的Nti (r,)，柱狀枝晶形狀維數Ddiot按公式(I)計算
2.根據權利要求1所述的表徵方法，其特徵在於，所得到鋁液微合金化凝固組織圖像空間解析度為O. 1mm、時間解析度為O.1微秒，鋁合金凝固組織實時成像區域位於鋁液凝固組織/鋁液界面區域。
3.根據權利要求1所述的表徵方法，其特徵在於，兩個極大值點所對應的凝固時間即為柱狀枝晶向等軸間轉變開始時間h和等軸晶生長向等軸晶穩定期轉變時間t3，描繪出數量分維數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量分維數數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、等軸晶穩定生長期的凝固時間。
全文摘要
本發明提供一種基於分形理論的鋁液微合金化凝固過程組織轉變過程的定量表徵方法。該方法能夠對鋁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變、等軸晶成長特徵進行定量表徵。首先，根據鋁液微合金化的凝固過程的實時影相，利用盒維數法計算凝固過程中柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數Dmor，其次，利用集結維數法計算凝固過程中不同形狀分維數Dmor柱狀枝晶和等軸晶數量值，由此計算出柱狀枝晶和等軸晶的組織數量分維數Dqua，從而獲得鋁合金凝固過程組織數量分維數Dqua凝固時間特徵曲線。本發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，對促進鋁液合金化技術及鋁合金鑄造工藝控制等方面將有重要的指導意義。
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 優先權日2012年11月19日
發明者趙明, 吳晚雲, 鄭劉斌, 李婷婷, 鐵軍, 屈敏 申請人:北方工業大學