用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法
【专利摘要】一种用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法。一旦铸造材料标本中的关注位置被识别，其内包含的信息被自动分析以量化枝晶胞大小信息，所述枝晶胞大小信息随后通过经验关系或理论关系转换成量化的枝晶臂间距。在一种形式中，DCS和DAS之间的关系是这样的：铸铝合金的枝晶结构中的DAS可以通过测量一个或多个枝晶胞大小和局部铸造微观结构中共晶相的实际体积分数来自动确定。在平衡状态中合金共晶相的理论体积分数被适当地改变情形中的非平衡状态可以被解释。因此，在平衡状态（例如铸件在凝固期间冷却非常缓慢的那些）不适用的情形中（例如，迅速冷却和随之发生的凝固期间），在非平衡状态下被测量的共晶体（其可能比平衡状态下的理论值小）能够被解释。
【专利说明】用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法
[0001]相关案例声明
本申请是2013年2月4日提交的美国申请系列号13/757,914的部分延续，所述美国申请系列号13/757,914热名爾、为用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法，实要求2012年4月12日提交的美国临时申请61/623，145的权益。
【背景技术】
[0002]本发明总体涉及金属铸件的微观结构细度的量化，并且更为具体地，涉及金属铸件的枝晶微观结构中枝晶臂间距(DAS)的自动量化，作为避免必须手动进行此种测量的途径。
[0003]所有铝基铸造部件(例如发动机组、气缸盖、传动部件等等)的最终微观结构通常由合金成分，并且更为特别地由凝固条件确定。在亚共晶合金(即，与对应于共晶成分相比含有较少其它合金化组分的那些，亚共晶合金的实施例包括但不限于A356 and 319)中，材料容易枝晶状地凝固。其它例示枝晶凝固的这种铝合金示例包括354，355，360，380，383及其它。此族合金的典型微观结构由初次枝晶相和次生颗粒相(例如硅颗粒和富铁金属间化合物)构成。铸态结构中的这些相的相对数量、大小和形态高度取决于凝固条件以及合金成分。枝晶胞大小(DCS)和DAS (有时称作二次枝晶臂间距)长期以来用于量化铸件的细度，继而能够用来获得对材料及其相关特征的更多理解，其中，作为一般规则，具有较小DAS的铸造部件通常具有较好的延展性和相关的机械特性。关于铝合金铸件(以及尤其关于DAS特性)的讨论通常可以在本发明受让人所拥有的许多其它专利申请中找到，包括提交于2009年I月20日的美国专利申请12/356，226，提交于2009年3月12日的美国专利申请12/402，538，提交于2009年5月12日的美国专利申请12/454，087，以及提交于2011年3月8日的美国专利申请12/932，858，所有这些都通过参考引入本文。
[0004]已经有许多描述枝晶纯化及其与凝固条件关系的成果，其由Alexander和Rhines开始于1950年，Alexander和Rhines首次确立了成分和凝固率对某些枝晶特征影响的量化基础。下面的表I总结了已知文献以用量化术语描述枝晶结构的细度。
[0005]表I
描述枝晶的微观结构参数
【权利要求】
1.一种在亚共晶铝铸件中自动量化枝晶臂间距的方法，所述方法包括: 使用基于计算机的系统获取对应于所述铸件中关注位置的图像； 使用所述基于计算机的系统，以通过用栅图案覆盖所述图像来量化在来自所述图像的至少一个胞边界与所述栅图案的至少一个部分之间的交点数量，估算所述关注位置内的枝晶胞大小； 使用所述基于计算机的 系统估算所述关注位置内共晶相的体积分数； 使用所述基于计算机的系统估算所述关注位置内至少一个枝晶胞的宽高比；以及 使用所述基于计算机的系统将所述估算的枝晶胞大小、体积分数和宽高比转换成量化的枝晶臂间距。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于计算机的系统包括图像分析器以执行所述获取，以及所述确定的至少一部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述栅图案包括一系列线性间隔的线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一系列线性间隔的线包括一系列同心圆。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述枝晶胞大小通过以下公式估算:
DCS=L/n 其中，L等于所述系列同心圆的总周长长度，并且η等于所述圆的线和所述至少一个胞边界之间的交点的总数。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述的将所述估算的枝晶胞大小、体积分数和平均宽高比转换成量化的枝晶臂间距，通过:
DAS = (1-D *DCS/sart(a ) 表达，其中，Veu定义所述的体积分数，并且a是所述的宽高比。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述宽高比由所述枝晶胞的最大线性尺寸对所述枝晶胞的最小线性尺寸的比例而定义。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述量化的枝晶臂间距输出为用户方便的格式。
9.一种在亚共晶铝铸件中自动量化枝晶臂间距的方法，所述方法包括: 选择待分析的铸造材料； 使用图像分析器自动确定与在所选择的所述铸造材料中的关注位置对应的枝晶胞大小信息； 将所述枝晶胞大小信息转换成枝晶臂间距信息。
10.一种制造物品，包括计算机可用介质，所述计算机可用介质具有计算机可读程序代码，所述计算机可读程序代码在其中被具体化以用于自动量化亚共晶铝铸造材料的枝晶臂间距，在所述制造物品内的所述计算机可读程序代码包括: 用于引起所述计算机接收数据的计算机可读程序代码部分，所述数据是关于在所述铸造材料的样本内的关注位置的数字信息； 用于引起所述计算机将所述数字信息处理成枝晶胞大小信息的计算机可读程序代码部分； 用于引起所述计算机通过算法将所述枝晶胞大小信息转换成对应的枝晶臂间距的计算机可读程序代码部分，所述算法基于在所述关注位置内的共晶相的体积分数，以及在所述关注位置内的至少一个枝晶胞的宽高比；和用于引起所述计 算机产生与所述枝晶臂间距相对应输出的计算机可读程序代码部分。
【文档编号】G01B11/14GK103968769SQ201410044903
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月7日 优先权日:2013年2月4日
【发明者】Q.王, J.W.奈特, D.R.赫斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司