【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属合金凝固，具体地，涉及一种合金冷却过程中局部凝固时间的确定方法。
技术介绍
1、合金凝固是一个涉及物理化学等学科的复杂现象，主要包括形核和长大两个阶段。树枝晶是晶体长大时常见的一种形貌，晶体以树枝晶生长时首先会沿晶体学最优生长方向进行，形成主干(即一次枝晶臂，primary dendrite arm spacing,pdas)。随后，在一次枝晶臂上又会长出分支(即二次枝晶臂,secondary dendrite arm spacing,sdas)。如果一次枝晶臂间距(两个相邻一次枝晶臂间的距离)足够大，在二次枝晶臂上还会长出三次枝晶臂。对于材料而言，成分决定组织，组织决定性能。因此，枝晶臂间距是决定合金性能的重要参数。如，二次枝晶臂间距大小直接影响着成分偏析、第二相及显微孔洞的分布，从而对合金性能产生影响。
2、枝晶臂间距与局部凝固时间(local solidification time,lst，指金属材料冷却过程中在固-液两相区停留的时间，即材料完成局部凝固过程所消耗的时间)密切相关。局部凝固时间越长，表明金属凝固过程的冷却速率越慢，枝晶臂间距越大，反之亦然。因此，局部凝固时间是合金凝固过程的重要热参数。已有研究表明，二次枝晶臂间距与局部凝固时间的立方根成正比，研究和实际中常通过二次枝晶臂间距反推合金凝固过程的局部凝固时间。但实际测量过程发现，柱状晶区的二次枝晶间距测量相对容易，而等轴晶区由于枝晶粗化等因素的影响使枝晶间距难以测量或测量误差较大，从而难以精确得到合金的局部凝固时间。
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技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种合金冷却过程中局部凝固时间的确定方法。该方法基于金属实际铸态组织中偏析形貌特征确定局部凝固时间法，弥补了现有通过二次枝晶臂间距计算局部凝固时间方法中，的枝晶间距难以测量或测量误差较大的不足。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供了一种合金冷却过程中局部凝固时间的确定方法，该方法包括：
3、步骤1：在从表面处理后的合金上获得的低倍组织图像上设置多个分析区域，对每个所述分析区域进行二次枝晶臂间距测量和局部凝固时间的计算；
4、步骤2：根据周长-面积法计算每个所述分析区域内枝晶间偏析点的分形维数d；
5、步骤3：将所述分析区域的局部凝固时间的值与所述分形维数d进行最小二乘法线性拟合，得到(5)式所示的方程：
6、
7、其中，θf为局部凝固时间，d为分形维数，k，c为常数，取决于合金类型；
8、步骤4：根据周长-面积法计算所述低倍组织图像上任一区域的分形维数d，并代入(5)式，计算获得所述合金冷却过程中任一区域的局部凝固时间θf。
9、根据上述技术方案，本专利技术主要以合金凝固过程形成的枝晶间偏析点的分形维数代替二次枝晶臂间距与局部凝固时间的立方根成正比关系中的二次枝晶臂间距的值，从而实现金属凝固过程局部凝固时间的准确计算。
10、特别是，在等轴晶区由于枝晶粗化等因素的影响使枝晶间距难以测量或测量误差较大时，可通过周长-面积法计算的分形维数定量评估金属凝固的局部凝固时间。
11、同时，该方法是基于实际金属的低倍组织图像特征计算局部凝固时间，因此可通过选取金属不同凝固位置从而实现不同类型区域局部凝固时间的计算。
12、本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种合金冷却过程中局部凝固时间的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述表面处理的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a中，所述合金选自铁碳合金、铜合金、铝合金、镁合金和钛合金中的一种。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步骤a中，所述合金低倍腐蚀方法为电解腐蚀和/或化学腐蚀。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤b中，所述低倍组织图像是利用数码相机和/或二维影像仪获取的具有枝晶界面轮廓的合金低倍组织图像。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤1中，每个所述分析区域的局部凝固时间的具体计算方法包括：根据二次枝晶臂间距与局部冷却速率的定量关系计算得到对应的局部凝固时间；
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤2中，所述周长-面积法包括：分别测量每个所述分析区域内所有枝晶间偏析点的周长P和面积A，周长P、面积A和分形维数D的关系如(3)式所示
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述线性拟合获得的拟合直线的方程满足(4)式所示：
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述二次枝晶臂间距测量、所述周长-面积法中的测量使用的软件为图像测量软件Image Pro Plus。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法，其特征在于，所述分析区域包括设置在等轴晶区。
...【技术特征摘要】
1.一种合金冷却过程中局部凝固时间的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述表面处理的步骤包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤a中，所述合金选自铁碳合金、铜合金、铝合金、镁合金和钛合金中的一种。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在步骤a中，所述合金低倍腐蚀方法为电解腐蚀和/或化学腐蚀。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤b中，所述低倍组织图像是利用数码相机和/或二维影像仪获取的具有枝晶界面轮廓的合金低倍组织图像。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤1中，每个所述分析区域的局部凝固...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹江海，华倩，王超南，刘华，李彤，李维，侯智敏，
申请(专利权)人：西部钛业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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