用于自動量化枝晶微觀結構中枝晶臂間距的方法
【專利摘要】一種用于自動量化枝晶微觀結構中枝晶臂間距的方法。一旦鑄造材料標本中的關注位置被識別，其內包含的信息被自動分析以量化枝晶胞大小信息，所述枝晶胞大小信息隨后通過經驗關系或理論關系轉換成量化的枝晶臂間距。在一種形式中，DCS和DAS之間的關系是這樣的：鑄鋁合金的枝晶結構中的DAS可以通過測量一個或多個枝晶胞大小和局部鑄造微觀結構中共晶相的實際體積分數來自動確定。在平衡狀態中合金共晶相的理論體積分數被適當地改變情形中的非平衡狀態可以被解釋。因此，在平衡狀態（例如鑄件在凝固期間冷卻非常緩慢的那些）不適用的情形中（例如，迅速冷卻和隨之發生的凝固期間），在非平衡狀態下被測量的共晶體（其可能比平衡狀態下的理論值小）能夠被解釋。
【專利說明】用于自動量化枝晶微觀結構中枝晶臂間距的方法
[0001]相關案例聲明
本申請是2013年2月4日提交的美國申請系列號13/757,914的部分延續，所述美國申請系列號13/757,914熱名爾、為用于自動量化枝晶微觀結構中枝晶臂間距的方法，實要求2012年4月12日提交的美國臨時申請61/623，145的權益。
【背景技術】
[0002]本發明總體涉及金屬鑄件的微觀結構細度的量化，并且更為具體地，涉及金屬鑄件的枝晶微觀結構中枝晶臂間距(DAS)的自動量化，作為避免必須手動進行此種測量的途徑。
[0003]所有鋁基鑄造部件(例如發動機組、氣缸蓋、傳動部件等等)的最終微觀結構通常由合金成分，并且更為特別地由凝固條件確定。在亞共晶合金(即，與對應于共晶成分相比含有較少其它合金化組分的那些，亞共晶合金的實施例包括但不限于A356 and 319)中，材料容易枝晶狀地凝固。其它例示枝晶凝固的這種鋁合金示例包括354，355，360，380，383及其它。此族合金的典型微觀結構由初次枝晶相和次生顆粒相(例如硅顆粒和富鐵金屬間化合物)構成。鑄態結構中的這些相的相對數量、大小和形態高度取決于凝固條件以及合金成分。枝晶胞大小(DCS)和DAS (有時稱作二次枝晶臂間距)長期以來用于量化鑄件的細度，繼而能夠用來獲得對材料及其相關特征的更多理解，其中，作為一般規則，具有較小DAS的鑄造部件通常具有較好的延展性和相關的機械特性。關于鋁合金鑄件(以及尤其關于DAS特性)的討論通常可以在本發明受讓人所擁有的許多其它專利申請中找到，包括提交于2009年I月20日的美國專利申請12/356，226，提交于2009年3月12日的美國專利申請12/402，538，提交于2009年5月12日的美國專利申請12/454，087，以及提交于2011年3月8日的美國專利申請12/932，858，所有這些都通過參考引入本文。
[0004]已經有許多描述枝晶純化及其與凝固條件關系的成果，其由Alexander和Rhines開始于1950年，Alexander和Rhines首次確立了成分和凝固率對某些枝晶特征影響的量化基礎。下面的表I總結了已知文獻以用量化術語描述枝晶結構的細度。
[0005]表I
描述枝晶的微觀結構參數
【權利要求】
1.一種在亞共晶鋁鑄件中自動量化枝晶臂間距的方法，所述方法包括: 使用基于計算機的系統獲取對應于所述鑄件中關注位置的圖像； 使用所述基于計算機的系統，以通過用柵圖案覆蓋所述圖像來量化在來自所述圖像的至少一個胞邊界與所述柵圖案的至少一個部分之間的交點數量，估算所述關注位置內的枝晶胞大小； 使用所述基于計算機的 系統估算所述關注位置內共晶相的體積分數； 使用所述基于計算機的系統估算所述關注位置內至少一個枝晶胞的寬高比；以及 使用所述基于計算機的系統將所述估算的枝晶胞大小、體積分數和寬高比轉換成量化的枝晶臂間距。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述基于計算機的系統包括圖像分析器以執行所述獲取，以及所述確定的至少一部分。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述柵圖案包括一系列線性間隔的線。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述一系列線性間隔的線包括一系列同心圓。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述枝晶胞大小通過以下公式估算:
DCS=L/n 其中，L等于所述系列同心圓的總周長長度，并且η等于所述圓的線和所述至少一個胞邊界之間的交點的總數。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述的將所述估算的枝晶胞大小、體積分數和平均寬高比轉換成量化的枝晶臂間距，通過:
DAS = (1-D *DCS/sart(a ) 表達，其中，Veu定義所述的體積分數，并且a是所述的寬高比。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，所述寬高比由所述枝晶胞的最大線性尺寸對所述枝晶胞的最小線性尺寸的比例而定義。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括將所述量化的枝晶臂間距輸出為用戶方便的格式。
9.一種在亞共晶鋁鑄件中自動量化枝晶臂間距的方法，所述方法包括: 選擇待分析的鑄造材料； 使用圖像分析器自動確定與在所選擇的所述鑄造材料中的關注位置對應的枝晶胞大小信息； 將所述枝晶胞大小信息轉換成枝晶臂間距信息。
10.一種制造物品，包括計算機可用介質，所述計算機可用介質具有計算機可讀程序代碼，所述計算機可讀程序代碼在其中被具體化以用于自動量化亞共晶鋁鑄造材料的枝晶臂間距，在所述制造物品內的所述計算機可讀程序代碼包括: 用于引起所述計算機接收數據的計算機可讀程序代碼部分，所述數據是關于在所述鑄造材料的樣本內的關注位置的數字信息； 用于引起所述計算機將所述數字信息處理成枝晶胞大小信息的計算機可讀程序代碼部分； 用于引起所述計算機通過算法將所述枝晶胞大小信息轉換成對應的枝晶臂間距的計算機可讀程序代碼部分，所述算法基于在所述關注位置內的共晶相的體積分數，以及在所述關注位置內的至少一個枝晶胞的寬高比；和用于引起所述計 算機產生與所述枝晶臂間距相對應輸出的計算機可讀程序代碼部分。
【文檔編號】G01B11/14GK103968769SQ201410044903
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年2月7日 優先權日:2013年2月4日
【發明者】Q.王, J.W.奈特, D.R.赫斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司