[发明专利]用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法

说明书

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的名称为用于自动量化枝晶微观结构中枝晶臂间距的方法，其要求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

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。

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1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。

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1总结了已知文献以用量化术语描述枝晶结构的细度。

表1

描述枝晶的微观结构参数

在上述中，Spear 和Gardner (1963)使用通过随机线性截取获得的DCS定量地描述了枝晶结构的量度，并在其图3(a)中被称作DCS_li。之后的Spear 和Gardner ，Jaquet 和 Hotz (1992)在其研究中也使用了DCS_li 来量化枝晶。Levy 等(1969), Oswalt 和 Misra (1980), Radhakrishna 等 (1980)和Flemings 等 (1991)都论述了DAS以量化枝晶结构。在这些方法中，DAS通过线性截取的方法获得，其中所述线被选择以截取一系列良好限定的二次枝晶臂。

McLellan (1982)使用了枝晶胞计数（CPUA）来量化微观结构，并声称其比DAS更为准确地描述了变形过程。然而，Levy 等 (1969)已精密性地分析了 DAS和 CPUA二者的测量值以表征铸态结构，并指出 DAS测量的标准偏差比CPUA小，而且根据CPUA 计算的平均胞大小也比平均DAS大。CPUA测量涉及到枝晶的初次、二次和三次臂，而DAS测量通常只涉及二次臂间距。

与手动测量DAS关联的方法经常被本发明受让人屡次用作进行铝铸件DAS测量的途径。此过程总体上首先包括金相样本的制备，其制备根据已知标准，例如美国检验与材料协会金相标本制备标准指南（也称为ASTM E3），其一部分如下地再现于表2中。

表2

ASTM E3