[发明专利]一种铝液微合金化凝固组织变化原位定量表征方法

摘要

本发明提供一种基于分形理论的铝液微合金化凝固过程组织转变过程的定量表征方法。该方法能够对铝液微合金化凝固过程中对柱状枝晶生长、等轴晶生核、柱状枝晶与等轴晶转变、等轴晶成长特征进行定量表征。首先，根据铝液微合金化的凝固过程的实时影相，利用盒维数法计算凝固过程中柱状枝晶和等轴晶形状分维数Dmor，其次，利用集结维数法计算凝固过程中不同形状分维数Dmor柱状枝晶和等轴晶数量值，由此计算出柱状枝晶和等轴晶的组织数量分维数Dqua，从而获得铝合金凝固过程组织数量分维数Dqua凝固时间特征曲线。本发明的方法能够作为铝液微合金元素种类及微合金化工艺的判断依据，对促进铝液合金化技术及铝合金铸造工艺控制等方面将有重要的指导意义。

主权项

1.一种铝液微合金化凝固组织变化原位定量表征方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)铝液微合金化凝固过程组织变化的实时成像：利用同步辐射X射线成像技术实时观察铝合金凝固组织的变化；(2)凝固过程中柱状枝晶及等轴晶形状维数的计算：铝液微合金化凝固过程中柱状枝晶及等轴晶的形状分维数采用盒维数法计算，即用边长为r_i的正方形网格分割凝固时间为t时刻凝固组织/铝液界面的单个柱状枝晶或等轴晶X射线同步辐射图像，统计柱状枝晶边界线所占有的正方形网格数N_ti(r_i)，通过缩小正方形网格边长r_i，获得与r_i对应的N_ti(r_i)，柱状枝晶形状维数D_mor按公式(1)计算:(1)，A 为常数，柱状枝晶形状维数D_mor可通过对(lgr_i，N_ti^mor(r_i))进行线性回归得出，拟合直线斜率的绝对值为柱状枝晶或等轴晶形状维数D_mor；其中r_i为分割图象的正方形网格边长，N_ti(r_i)为柱状枝晶边界线所占有的正方形网格数；(3)凝固过程中柱状枝晶及等轴晶组织数量分维数的计算：用边长r等于最小柱状枝晶或等轴晶直径的正方形网格分割凝固时间t时凝固组织/铝液界面界面的单个柱状枝晶或等轴晶同步辐射X射线图像，通过放大正方形网格边长r_i，统计具有形状维数为D_mor的柱状枝晶及等轴晶数量所占有的正方形网格数N_ti^qua (r_i), 柱状枝晶数量维数D_qua按公式(2)计算：(2)，C 为常数，柱状枝晶及等轴晶数量分维数D_qua可通过对(lgD_mor，N_ti^qua(D_mor))进行线性回归得出，拟合直线斜率的绝对值为柱状枝晶数量维数D_qua；其中r_i为分割图象的正方形网格边长，D_mor为柱状枝晶及等轴晶的形状维数，N_ti^qua (r_i)为具有形状维数为D_mor的柱状枝晶及等轴晶数量所占有的正方形网格数；(4)凝固过程中柱状枝晶及等轴晶形状维数范围的确定：利用步骤（2）的方法计算铝液微合金化凝固过程柱状枝晶生长期、等轴晶形核开始期、等轴晶稳定生长期柱状枝晶和等轴晶的形状分维数D_mor，确定凝固过程柱状枝晶和等轴晶形状分维数的变化范围；(5)凝固过程中柱状枝晶和等轴晶数量特征的表达：根据步骤（3）方法计算铝液微合金化凝固过程柱状枝晶生长期、等轴晶形核开始期、等轴晶稳定生长期柱状枝晶和等轴晶组织数量分维数D_qua，并由步骤（4）所确定的凝固过程柱状枝晶和等轴晶形状分维数的变化范围定量表征铝液微合金化凝固过程各阶段柱状枝晶和等轴晶数量特征；(6)根据铝液微合金化凝固过程组织数量分维数与凝固时间的关系，描绘出数量分维数随凝固时间的变化曲线，从曲线上找出两个凝固时间不同的组织数量分维数D_qua极大值点，该两个极大值点须满足公式（3）所要求的条件：(3)，其中和分别为组织数量分维数在t时刻左侧曲线斜率和右侧曲线斜率。