[發(fā)明專利]一種鋁液微合金化凝固組織變化原位定量表征方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210467279.5
• 申請(qǐng)日: 2012-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102980899A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙明;吳晚云;鄭劉斌;李婷婷;鐵軍;屈敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/00
• 分類號(hào): G01N23/00
• 代理公司: 中國(guó)有色金屬工業(yè)專利中心 11028
• 代理人: 李子健;李迎春

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(guò)程組織變化的實(shí)時(shí)成像：利用同步輻射X射線成像技術(shù)實(shí)時(shí)觀察鋁合金凝固組織的變化；

(2)凝固過(guò)程中柱狀枝晶及等軸晶形狀維數(shù)的計(jì)算：鋁液微合金化凝固過(guò)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(jì)算，即用邊長(zhǎng)為r_i的正方形網(wǎng)格分割凝固時(shí)間為t時(shí)刻凝固組織/鋁液界面的單個(gè)柱狀枝晶或等軸晶X射線同步輻射圖像，統(tǒng)計(jì)柱狀枝晶邊界線所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)N_ti(r_i)，通過(guò)縮小正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)r_i，獲得與r_i對(duì)應(yīng)的N_ti(r_i)，柱狀枝晶形狀維數(shù)D_mor按公式(1)計(jì)算:

?(1)，

A?為常數(shù)，柱狀枝晶形狀維數(shù)D_mor可通過(guò)對(duì)(lgr_i，N_ti^mor(r_i))進(jìn)行線性回歸得出，擬合直線斜率的絕對(duì)值為柱狀枝晶或等軸晶形狀維數(shù)D_mor；其中r_i為分割圖象的正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)，N_ti(r_i)為柱狀枝晶邊界線所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)；

(3)凝固過(guò)程中柱狀枝晶及等軸晶組織數(shù)量分維數(shù)的計(jì)算：用邊長(zhǎng)r等于最小柱狀枝晶或等軸晶直徑的正方形網(wǎng)格分割凝固時(shí)間t時(shí)凝固組織/鋁液界面界面的單個(gè)柱狀枝晶或等軸晶同步輻射X射線圖像，通過(guò)放大正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)r_i，統(tǒng)計(jì)具有形狀維數(shù)為D_mor的柱狀枝晶及等軸晶數(shù)量所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)N_ti^qua?(r_i),?柱狀枝晶數(shù)量維數(shù)D_qua按公式(2)計(jì)算：

??????(2)，

C?為常數(shù)，柱狀枝晶及等軸晶數(shù)量分維數(shù)D_qua可通過(guò)對(duì)(lgD_mor，N_ti^qua(D_mor))進(jìn)行線性回歸得出，擬合直線斜率的絕對(duì)值為柱狀枝晶數(shù)量維數(shù)D_qua；其中r_i為分割圖象的正方形網(wǎng)格邊長(zhǎng)，D_mor為柱狀枝晶及等軸晶的形狀維數(shù)，N_ti^qua?(r_i)為具有形狀維數(shù)為D_mor的柱狀枝晶及等軸晶數(shù)量所占有的正方形網(wǎng)格數(shù)；

(4)凝固過(guò)程中柱狀枝晶及等軸晶形狀維數(shù)范圍的確定：利用步驟（2）的方法計(jì)算鋁液微合金化凝固過(guò)程柱狀枝晶生長(zhǎng)期、等軸晶形核開(kāi)始期、等軸晶穩(wěn)定生長(zhǎng)期柱狀枝晶和等軸晶的形狀分維數(shù)D_mor，確定凝固過(guò)程柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數(shù)的變化范圍；

(5)凝固過(guò)程中柱狀枝晶和等軸晶數(shù)量特征的表達(dá)：根據(jù)步驟（3）方法計(jì)算鋁液微合金化凝固過(guò)程柱狀枝晶生長(zhǎng)期、等軸晶形核開(kāi)始期、等軸晶穩(wěn)定生長(zhǎng)期柱狀枝晶和等軸晶組織數(shù)量分維數(shù)D_qua，并由步驟（4）所確定的凝固過(guò)程柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數(shù)的變化范圍定量表征鋁液微合金化凝固過(guò)程各階段柱狀枝晶和等軸晶數(shù)量特征；

(6)根據(jù)鋁液微合金化凝固過(guò)程組織數(shù)量分維數(shù)與凝固時(shí)間的關(guān)系，描繪出數(shù)量分維數(shù)隨凝固時(shí)間的變化曲線，從曲線上找出兩個(gè)凝固時(shí)間不同的組織數(shù)量分維數(shù)D_qua極大值點(diǎn)，該兩個(gè)極大值點(diǎn)須滿足公式（3）所要求的條件：

????(3)，

其中和分別為組織數(shù)量分維數(shù)在t時(shí)刻左側(cè)曲線斜率和右側(cè)曲線斜率。

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0.1mm、時(shí)間分辨率為0.1微秒，鋁合金凝固組織實(shí)時(shí)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(gè)極大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的凝固時(shí)間即為柱狀枝晶向等軸間轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間t₁和等軸晶生長(zhǎng)向等軸晶穩(wěn)定期轉(zhuǎn)變時(shí)間t₃，描繪出數(shù)量分維數(shù)隨凝固時(shí)間的變化曲線，確定該曲線在整個(gè)凝固過(guò)程中最小值組織數(shù)量分維數(shù)數(shù)D_qua所需的凝固時(shí)間t₂，該時(shí)間t₂為等軸晶形核期向等軸晶生長(zhǎng)期轉(zhuǎn)變時(shí)間，由時(shí)間t₁、t₂、t₃定量判斷鋁液微合金化凝固過(guò)程鋁合金凝固過(guò)程柱狀枝晶生長(zhǎng)期、等軸晶形核開(kāi)始期、等軸晶穩(wěn)定生長(zhǎng)期的凝固時(shí)間。