[发明专利]枝晶状微结构中枝晶臂间距的自动量化方法

说明书

本申请要求于2012年4月12日提交的美国临时申请61/623,145的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及金属铸件的微结构细度的量化，且更具体地涉及金属铸件的枝晶状微结构中的枝晶臂间距（DAS）的自动量化，从而避免必须手动地进行这种测量。

背景技术

所有铸造铝基部件（例如，发动机本体、气缸盖、变速器部件等）的得到微结构在性质上通常由合金成分且更具体地由固化条件确定。在亚共晶合金（即，含有比共晶与其它合金成分相对应的铝更多的铝的合金，以便在固化时减少二次枝晶臂间距，其示例包括A356和319，均为Al-7%Si-Mg变体）中，材料往往枝晶状地固化。例示枝晶状固化的其它这种铝合金示例包括354、355、360、380、383等。该合金族的典型微结构包括一次枝晶相和第二颗粒相（如，硅颗粒和富含铁的金属间化合物）。铸造结构中的这些相的相对数量、大小和形态主要取决于铸造条件以及合金成分。枝晶单元大小（DCS）和DAS（有时称为二次枝晶臂间距（SDAS））已经长时间用来量化铸件的细度，继而可以用于获得材料和相对属性的更好理解，其中，作为通用规则，具有较小DAS的铸造部件往往具有更好的延展性和相关机械属性。与铝合金铸件（总体上）以及DAS属性（具体地）有关的讨论可见于由本发明受让者拥有的许多其它专利申请中，包括于2009年1月20日提交的美国专利申请12/356,226、于2009年3月12日提交的美国专利申请12/402,538、于2009年5月12日提交的美国专利申请12/454,087以及于2011年3月8日提交的美国专利申请12/932,858，其全部通过参考在此引入。

已经做了许多工作来描述枝晶精细化及其与固化条件的关系，在1950年Alexander和Rhines开始，其首先建立成分和固化速率对某些枝晶特征的影响的定量基础。下表1概述了已知文献来描述枝晶结构的细度的定量项。

在这些中，Spear和Gardner（1963）使用枝晶单元大小定量地描述了枝晶结构的尺度，其通过随机线性拦截获得且在其图3(a)中称为DCSli。在Spear和Gardner之后，Jaquet和Hotz（1992）在其研究中也使用DCSli来量化枝晶体。Levy等（1969）、Oswalt和Misra（1980）、Radhakrishna等（1980）和Flemings等（1991）均讨论DAS来量化枝晶结构。在这些方法中，DAS通过线性拦截方法获得，其中，选择线来与一系列限定好的二次枝晶臂相交。

McLellan（1982）使用枝晶单元数量（CPUA）来量化微结构且声称其比DAS更准确地描述了变形过程。然而，Levy等（1969）已经批判地分析了DAS和CPUA两者的测量以表征铸造结构，且指出，DAS测量的标准偏差小于CPUA测量，而且CPUA计算的平均单元大小大于平均DAS。CPUA的测量涉及枝晶体的一次、二次和三次臂，而DAS测量通常仅仅涉及二次臂间距。

与DAS手动测量有关的方法由本发明受让者经常使用，从而进行铝铸件的DAS测量。这种过程通常首先包括制备金相样品，其根据已知标准（例如，用于金相样品制备的美国测试协会和材料标准指导，American Society of Testing and Materials Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens（也称为ASTM E3））制备，其一部分在下表2中复制。