本發明專利技術提供一種基于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征方法。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、等軸晶成長特征進行定量表征。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凝固時間特征曲線。本發明專利技術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。?
【技術實現步驟摘要】
本專利技術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變的定量表征。
技術介紹
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?；驈蔫T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律及微合金化效果仍然缺乏定量的認識。
技術實現思路
本專利技術的目的就是針對現有技術的問題，提供。上述目的是通過下述方案實現的，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采用盒維數法計算，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占有的正方形網格數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.，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采用盒維數法計算，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占有的正方形網格數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域位于鋁液凝固組織/鋁液界面區域。3.根據權利要求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。全文摘要本專利技術提供一種基于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征方法。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、等軸晶成長特征進行定量表征。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凝固時間特征曲線。本專利技術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日專利技術者趙明, 吳晚云, 鄭劉斌, 李婷婷, 鐵軍, 屈敏 申請人:北方工業大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
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采用盒維數法計算，即用邊長為ri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占有的正方形網格數Nti(ri)，通過縮小正方形網格邊長ri，獲得與ri對應的Nti(ri)，柱狀枝晶形狀維數Dmor按公式(1)計算:?(1)，A?為常數，柱狀枝晶形狀維數Dmor可通過對(lgri，Ntimor(ri))進行線性回歸得出，擬合直線斜率的絕對值為柱狀枝晶或等軸晶形狀維數Dmor；其中ri為分割圖象的正方形網格邊長，Nti(ri)為柱狀枝晶邊界線所占有的正方形網格數；(3)凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶組織數量分維數的計算：用邊長r等于最小柱狀枝晶或等軸晶直徑的正方形網格分割凝固時間t時凝固組織/鋁液界面界面的單個柱狀枝晶或等軸晶同步輻射X射線圖像，通過放大正方形網格邊長ri，統計具有形狀維數為Dmor的柱狀枝晶及等軸晶數量所占有的正方形網格數Ntiqua?(ri),?柱狀枝晶數量維數Dqua按公式(2)計算：??????(2)，C?為常數，柱狀枝晶及等軸晶數量分維數Dqua可通過對(lgDmor，Ntiqua(Dmor))進行線性回歸得出，擬合直線斜率的絕對值為柱狀枝晶數量維數Dqua；其中ri為分割圖象的正方形網格邊長，Dmor為柱狀枝晶及等軸晶的形狀維數，Ntiqua?(ri)為具有形狀維數為Dmor的柱狀枝晶及等軸晶數量所占有的正方形網格數；(4)凝固過程中柱狀枝晶及等軸晶形狀維數范圍的確定：利用步驟（2）的方法計算鋁液微合金化凝固過程柱狀枝晶生長期、等軸晶形核開始期、等軸晶穩定生長期柱狀枝晶和等軸晶的形狀分維數Dmor，確定凝固過程柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數的變化范圍；(5)凝固過程中柱狀枝晶和等軸晶數量特征的表達：根據步驟（3）方法計算鋁液微合金化凝固過程柱狀枝晶生長期、等軸晶形核開始期、等軸晶穩定生長期柱狀枝晶和等軸晶組織數量分維數Dqua，并由步驟（4）所確定的凝固過程柱狀枝晶和等軸晶形狀分維數的變化范圍定量表征鋁液微合金化凝固過程各階段柱狀枝晶和等軸晶數量特征；(6)根據鋁液微合金化凝固過程組織數量分維數與凝固時間的關系，描繪出數量分維數隨凝固時間的變化曲線，從曲線上找出兩個凝固時間不同的組織數量分維數Dqua極大值點，該兩個極大值點須滿足公式（3）所要求的條件：????(3)，其中和分別為組織數量分維數在t時刻左側曲線斜率和右側曲線斜率。938109dest_path_image001.jpg,239777dest_path_image002.jpg,413401dest_path_image003.jpg,800520dest_path_image004.jpg,170321dest_path_image005.jpg,60917dest_path_image006.jpg...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：趙明，吳晚云，鄭劉斌，李婷婷，鐵軍，屈敏，
申請(專利權)人：北方工業大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。