在高压模具铸件中确定表层厚度的方法
阅读：1017发布：2020-06-26
专利汇可以提供在高压模具铸件中确定表层厚度的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及在高压模具铸件中确定表层厚度的方法。一种在高压模具 铸造 铝 部件中测量表层厚度的 金相学 定量方法。由于较快速冷却的表层区域比较慢冷却的内部区域呈现更大体积分数的共晶相，能够使用显示此类更大的共晶相的测量来量化此类表层厚度。在铸造部件样本中感兴趣 位置 处的各个厚度的图像首先使用 图像分析 仪获得，从该图像可以确定每个所接收图像内的共晶体积分数。所确定的体积分数的比较能够相对于特定 合金 组分的已知的或者预计量进行，且然后通过在所接收的或所测量的量与那些所已知标准之间的差值与所述表层厚度相关联。，下面是在高压模具铸件中确定表层厚度的方法专利的具体信息内容。
1.一种确定高压模具铸造部件中的表层厚度的方法，所述方法包括：
接收与所述部件的样本中的感兴趣位置的不同深度相对应的多个图像；
确定所述多个所接收图像的每个内的共晶体积分数，其中确定共晶体积分数通过下列计算执行：
体积% 共晶内部区域 = BC/BD
体积% 共晶外部区域 = AC/AE
其中A代表在相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点；
将所述确定的体积分数与预计相图量相比较，其中所述预计相图量包括在所述部件中使用的已知合金的相图上的特定位置；以及
使所述比较中的差与所述表层厚度相关联，其中基于所述差确定外部区域终止的地方和内部区域开始的地方。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接收由图像分析系统来执行，所述图像分析系统具有其中编程的至少一个算法。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定共晶体积分数包括使用量化对比各个所述接收图像的明和暗的部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少一个算法执行所述比较。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述外部区域与所述表层厚度相对应，且内部区域与包含在所述表层厚度内的层相对应。
6.一种确定高压模具铸造部件中的表层厚度的方法，所述方法包括：
配置图像分析系统来接收与所述部件的样本中的感兴趣位置的不同深度相对应的多个图像；
通过量化对比明和暗的部分来确定所述接收的图像的每个内的共晶体积分数，其中确定共晶体积分数通过下列计算执行：
体积% 共晶内部区域 = BC/BD
体积% 共晶外部区域 = AC/AE
其中A代表在相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点；以及将所述确定的体积分数与在所述部件中使用的已知合金的预计相图量相比较，其中所述预计相图量包括在所述部件中使用的已知合金的相图上的特定位置，其中使用所述预计相图量和所述确定的体积分数之间的差来与所述表层厚度相关联，其中基于所述差确定外部区域终止的地方和内部区域开始的地方。
7.一种包括具有计算机可读程序代码包含在其中以用于确定高压模具铸造部件中的表层厚度的计算机可用介质的制品，在所述制品中的所述计算机可读程序代码包括：
用于使所述计算机接受与所述高压模具铸造部件的样本内的感兴趣位置的数字信息相关的数据的计算机可读程序代码部分；
用于使所述计算机将所述数字信息处理成共晶体积分数的计算机可读程序代码部分；
用于使所述计算机通过基于经验关系和理论关系中至少一种的算法来将所述共晶体积分数转化成相应的表层厚度的计算机可读程序代码部分；以及
用于使所述计算机产生与所述表层厚度相对应的输出的计算机可读程序代码部分，其中用于使所述计算机通过基于经验关系和理论关系中至少一种的算法来将所述共晶体积分数转化成相应的表层厚度的所述计算机可读程序代码部分由所述算法使用下列计算执行：
体积% 共晶内部区域 = BC/BD
体积% 共晶外部区域 = AC/AE
其中A代表在相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点。
8.根据权利要求7所述的制品，其中所述计算机可用介质是计算机存储器。
9.根据权利要求8所述的制品，其中所述计算机存储器选自包括随机存取存储器和只读存储器的组。
10.根据权利要求7所述的制品，其中所述计算机可用介质配置成计算机输入装置。
11.根据权利要求10所述的制品，其中所述计算机输入装置选自包括闪存驱动器、高密度光盘和数字化视频光盘的组。
12.根据权利要求10所述的制品，其中所述计算机输入装置包括传播的信号。
在高压模具铸件中确定表层厚度的方法
技术领域
背景技术
[0002] HPDC（也称作模具铸造）通常广泛使用在轻质铝合金部件的生产中，以及确切地用于汽车部件，例如发动机缸体和变速箱，以及活塞或者悬挂零件。对于大规模生产的低成本、精密的尺寸公差（近净成形）以及光滑的表面抛光是使得HPDC如此具有吸引力的完全积极的属性。不同于通常不在HPDC中使用的合金（例如319或356），例如380、383、390或者类似的某些铝合金由于其成本、强度、流动性以及大体良好的抗腐蚀性品质而尤其适合于HPDC。
[0003] 常规HPDC工艺的一个缺点在于起源于HPDC工艺独有的动力学的铸件中多孔性的存在，这些零件经受不起热处理。如此，HPDC产生的铝零件通常被认为是具有围绕内部区域的外部表层区域。在此类结构中，通常与表层相关的区域呈现相对无缺陷的、密集的微观结构，且比与内部区域相关的区域具有更好的机械性质，在与内部区域相关的区域中存在空隙、多孔以及相关缺陷。这些缺陷通常可归因于多个因素，其中一个因素是在固化期间合金从低密度液体金属至高密度固体铸件的收缩。另一个起作用的因素在于气体的形成，例如来自于模具壁润滑剂的分解的氢气或蒸汽，而还有的另一个因素在于任何的截留空气，其是由于模具填充以熔融金属的快速性而发生。
[0004] 因此，HPDC表现出独特的设计难题。除了上述的机械性质的特定位置的属性，常规设计方法假设在整个铸造部件上存在均匀的微观结构和性质，这之中许多是由于很难精确确定表层厚度。此类简化假设会反过来引起通过有限元分析（FEA）或者相关定量分析工具的部件结构性质的不实际的预计。不准确预计会在部件故障分析中尤其存在问题，因为这会引起部件的昂贵的质保工作或效率低的保守设计；在任一种情形中，此类不准确性影响部件设计者来完全利用HPDC材料和工艺的能力。
发明内容
[0005] 本发明人已经确定对于表层厚度的准确定量理解对于发展将引起HPDC生产的铝合金部件中微观结构和相关可靠性改良的制造工艺是至关重要的。为此目的，其已经研发出来量化HPDC铝零件中局部表层厚度的新的金相学方法。特别地，本发明人发现表层区域中的共晶相体积分数大于在内部（核心）区域中的共晶相体积分数，这是由于相对于内部区域的剩余的固化液体在固化的表层区域中具有更快的冷却（以及减小的溶质扩散）速率。这能够在图像分析中使用特别研发的例程自动测量和与表层厚度相关联。特别地，本发明人已经意识到表层厚度与从铸件自由表面至其中的共晶相体积分数从较高值变化至较低值的位置处（基于上述的冷却和扩散动力学）的距离是相关联的。此文中所确定的方法将提供鲁棒的和快速的措施来更准确地确定HPDC铸造部件中由于表层厚度而引起的性质变化。这反过来有助于设计者以高度的准确性预计部件性能和耐久性，其产生改进的、更有效的且伴随有质保成本减小的产品设计。
[0006] 根据本发明的第一方面，公开了在HPDC金属铸件中确定表层厚度的方法。特别地，本方法允许通过共晶体积分数的测量而准确确定表层厚度。该方法包括接收金属铸造样本或者样品中感兴趣位置的图像（或者多个图像）。在一种形式中，该图像包括各个场的大的拼接，各个场以某种方式组成样品以将所接收图形划分成能够更容易地量化扫描图像的共晶和非共晶部分的更小的几何栅格形状。当已经接收待分析样本的图像时，确定共晶体积分数。然后通过在HPDC金属铸件中所使用的预定（即，已知）量的已知合金（例如380或者类似物），此体积分数与表层厚度相关联。
[0007] 在一个特定形式中，预计量由已知合金的相图（例如二元相图）上的特定位置组成。同样地，图像接收能够通过图像分析系统实施，同时共晶体积分数的确定优选地通过量化对比所接收图像在部件中感兴趣的位置内的每个深度层处的明和暗部分来实施。算法（其能够以一种由处理器或相关计算装置实施的形式）使用固相线、溶线和共晶等温线以及已知的主要合金组分（例如在380和其它HPDC兼容合金的情况下的铝和硅）的初始液体合金浓度之间的各个汇合点实施理想化的合金与所接收图像的比较。以此方式，能够知道的是基于预计的和测量的值之间的差值准确确定外部区域（其对应于表层厚度）终止的地方和内部区域（其对应于包含在表层厚度内的层）开始的地方。
[0008] 在另一特定形式中，该方法包括配置计算化系统来接收与部件的样本中感兴趣位置的不同深度相对应的大量图像。由此，在每个所接收图像内的共晶分数能够通过量化对比图像上的部分确定，在此之后确定的体积分数与已知合金的预计相图量相比较。以此方式，使用在预计量与确定的体积分数之间的差值来与表层厚度相关联。
[0009] 根据本发明的另一方面，在HPDC部件中确定表层厚度的方法包括配置图像分析系统来接收与部件样本中感兴趣位置的不同深度相对应的图像。由此，在每个所接收图像内的共晶体积分数能够通过量化对比部分以及将确定的体积分数与在部件中所使用的已知合金的预计相图量相比较来确定。如上地，在预计量与确定的体积分数之间的差值与表层厚度相关联。
[0010] 根据本发明的再一方面，公开了包括计算机可用介质以用于确定高压模具铸造部件中的表层厚度的制品，其中计算机可用介质具有嵌入其中的计算机可读程序代码。
[0011] 根据本发明，进一步包括下列技术方案：
[0012] 1. 一种确定高压模具铸造部件中的表层厚度的方法，所述方法包括：
[0013] 接收与所述部件的样本中的感兴趣位置的不同深度相对应的多个图像；
[0014] 确定所述多个所接收图像的每个内的共晶体积分数；
[0015] 将所述确定的体积分数与预计量相比较；以及
[0016] 使所述比较中的差与所述表层厚度相关联。
[0017] 2. 根据方案1所述的方法，其中所述预计量包括在所述部件中使用的已知合金的相图上的特定位置。
[0018] 3. 根据方案2所述的方法，其中所述接收由图像分析系统来执行，所述图像分析系统具有其中编程的至少一个算法。
[0019] 4. 根据方案3所述的方法，其中所述确定共晶体积分数包括使用量化对比各个所述接收图像的明和暗的部分。
[0020] 5. 根据方案4所述的方法，其中所述至少一个算法执行所述比较。
[0021] 6. 根据方案5所述的方法，其中所述确定共晶体积分数由所述算法通过下列计算执行：
[0022] 体积% 共晶内部区域 = BC/BD
[0023] 体积% 共晶外部区域 = AC/AE
[0024] 其中A代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点。
[0025] 7. 根据方案6所述的方法，其中所述外部区域与所述表层厚度相对应，且所述内部区域与包含在所述表层厚度内的层相对应。
[0026] 8. 一种确定高压模具铸造部件中的表层厚度的方法，所述方法包括：
[0027] 配置图像分析系统来接收与所述部件的样本中的感兴趣位置的不同深度相对应的多个图像；
[0028] 通过量化对比明和暗的部分来确定所述接收的图像的每个内的共晶体积分数；以及
[0029] 将所述确定的体积分数与在所述部件中使用的已知合金的预计相图量相比较，其中使用所述预计量和所述确定的体积分数之间的差来与所述表层厚度相关联。
[0030] 9. 根据方案8所述的方法，其中所述确定共晶体积分数由所述算法使用下列计算执行：
[0031] 体积% 共晶内部区域 = BC/BD
[0032] 体积% 共晶外部区域 = AC/AE
[0033] 其中A代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点。
[0034] 10. 一种包括具有计算机可读程序代码包含在其中以用于确定高压模具铸造部件中的表层厚度的计算机可用介质的制品，在所述制品中的所述计算机可读程序代码包括：
[0035] 用于使所述计算机接受与所述高压模具铸造部件的样本内的感兴趣位置的数字信息相关的数据的计算机可读程序代码部分；
[0036] 用于使所述计算机将所述数字信息处理成共晶体积分数的计算机可读程序代码部分；
[0037] 用于使所述计算机通过基于经验关系和理论关系中至少一种的算法来将所述共晶体积分数转化成相应的表层厚度的计算机可读程序代码部分；以及
[0038] 用于使所述计算机产生与所述表层厚度相对应的输出的计算机可读程序代码部分。
[0039] 11. 根据方案10所述的制品，其中用于使所述计算机通过基于经验关系和理论关系中至少一种的算法来将所述共晶体积分数转化成相应的表层厚度的所述计算机可读程序代码部分由所述算法使用下列计算执行：
[0040] 体积% 共晶内部区域 = BC/BD
[0041] 体积% 共晶外部区域 = AC/AE
[0042] 其中A代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的外部区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，B代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的溶线、固相线和共晶等温线的交点相对应的位置，C代表在所述部件中使用的合金的铝或硅的初始液体合金浓度，D代表在所述相图上与对于所述部件中使用的合金的内层区域的共晶点相对应的位置，以及E对应于所述部件中使用的合金的外层区域的共晶点。
[0043] 12. 根据方案10所述的制品，其中所述计算机可用介质是计算机存储器。
[0045] 14. 根据方案10所述的制品，其中所述计算机可用介质配置成计算机输入装置。
[0048] 当结合附图阅读时，本发明的优选实施例的下列详细说明能够最好地被理解，在此处以相同附图标记指示相同结构，且其中：
[0049] 图1显示根据本发明的一方面的能够使用来测量和量化表层厚度的计算机化系统；
[0050] 图2A显示从概念性的铸造铝合金的剖面表面；
[0051] 图2B显示带有覆盖栅格的图2A的铸件的金相学表现；
[0052] 图2C显示使用380合金的HPDC产生的部件的概念性的表层区域的微观结构；
[0053] 图2D显示使用380合金的HPDC产生的部件的概念性的中心核区域的微观结构；
[0054] 图3显示在平衡（实线）和非平衡（虚线）状态下代表性的Al-Si相图；
[0055] 图4显示带有各个样本地点中的六个不同位置的概念性的HPDC铝合金汽车变速箱；
[0056] 图5A和图5B显示图4的变速箱的区域中的第一个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图5A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图5B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图；
[0057] 图6A和图6B显示图4的变速箱的区域中的第二个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图6A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图6B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图；
[0058] 图7A和图7B显示图4的变速箱的区域中的第二个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图7A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图7B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图；
[0059] 图8A和图8B显示图4的变速箱的区域中的第二个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图8A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图8B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图；
[0060] 图9A和图9B显示图4的变速箱的区域中的第二个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图9A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图9B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图；以及
[0061] 图10A和图10B显示图4的变速箱的区域中的第二个的金相学图像的示例，包括共晶相和多孔性的测量结果，在此处图10A是所测量的区域和实际位置的微观结构图像，以及图10B是穿过此区域中壁厚度的所测量的共晶相的面积百分数的曲线图。
具体实施方式
[0062] 首先参照图1，测量共晶相的自动化方式可以在配置成图像分析（IA）系统1的数字计算机或者相关电子设备上实施；此类系统也可称作图像分析仪系统、图像分析仪或者类似的。在其中系统1是以如下所述方式基于计算机（以及其的合适变型）的情形中，其被称作具有冯·诺依曼体系结构。同样地，使用此类结构的突出特征以便于实施数据获取、操作或相关计算功能中至少一些的尤其适用的计算机或者计算机相关的数据处理设备被认为是与本发明的方法兼容的。本领域技术人员将领会到能够获得计算机可执行指令（包含在本公开中其它部分讨论的计算）以实现本发明中所阐述的目标。
[0063] 系统1包括计算机10或相关数据处理装备，其包括处理单元11（其可以一个或更多个微处理器或相关处理装置的形式），一个或更多个用于信息输入12的装置（包括键盘、鼠标或其它设备，例如声音识别接收器（未示出）），以及一个或更多个加载器13（其可以磁的或光的存储器形式或以CD、DVD、USB端口或类似形式相关的储存器），一个或更多个显示屏或者相关的信息输出14，存储器15和来处理与铝合金相关的至少一部分接收信息的计算机可读程序代码装置（未示出）。如本领域技术人员将领会到的，存储器15可以是以随机存取存储器（RAM，也称作大容量存储器，其能够用于数据的临时存储）的形式，以及以只读存储器（ROM）形式的指令储存存储器。除了其它形式的未示出的输入（例如通过互联网或者至外部数据源的相关连接），加载器13可用于从一个计算机可用介质（例如闪存驱动器或者前述的CD、DVD或者相关介质）加载数据或者程序指令至另一个计算机可使介质（例如存储器15）的方式。如本领域技术人员将领会到的，计算机10可以自主单元（即独立）存在，或者可以是更大的网络的部分，例如在云计算中所遇到的那些，在此处各个计算、软件、数据存取以及储存服务可存在于不同的物理位置中。此类计算资源的分开并不有损于被归类为计算机的此类系统。
[0064] 在特定的形式中，包含上述算法和公式的计算机可读程序代码能够载入是存储器15的部分的ROM。此类计算机可读程序代码也可以形成为制品的部分，使得包含在代码中的指令位于磁可读的或光可读的盘上或者其它相关的非瞬时的、机器可读的介质上，例如闪存装置、CD、DVD、EEPROM、软盘或者能够储存机器可执行指令和数据结构的其它此类介质。
此类介质能够由计算机10或者具有用于从计算机可读程序代码转译指令的处理单元11的其它电子装置接入。处理器11和配置来由处理器11执行的任何程序代码一起限定来实施此文中所讨论的一个或更多个孔尺寸和分布计算的装置。如在计算机领域中技术人员将理解到的，形成图像分析系统1的部分的计算机10可另外包括额外的芯片组以及总线和相关的配线用于在处理单元11和其它装置（例如前述的输入、输出和存储器装置）之间传输数据和相关信息。一旦程序代码装置已经载入ROM时，系统1的计算机10变成专用机器，其配置来以此文中所述的方式确定HPDC部件表层厚度性质。在另一个方面，系统1可以仅是指令代码（包括各个程序模块（未示出）的指令代码），而在另一个方面，系统1可包括指令代码和例如上述的计算机可读介质两者。
此类介质能够由计算机10或者具有用于从计算机可读程序代码转译指令的处理单元11的其它电子装置接入。处理器11和配置来由处理器11执行的任何程序代码一起限定来实施此文中所讨论的一个或更多个孔尺寸和分布计算的装置。如在计算机领域中技术人员将理解到的，形成图像分析系统1的部分的计算机10可另外包括额外的芯片组以及总线和相关的配线用于在处理单元11和其它装置（例如前述的输入、输出和存储器装置）之间传输数据和相关信息。一旦程序代码装置已经载入ROM时，系统1的计算机10变成专用机器，其配置来以此文中所述的方式确定HPDC部件表层厚度性质。在另一个方面，系统1可以仅是指令代码（包括各个程序模块（未示出）的指令代码），而在另一个方面，系统1可包括指令代码和例如上述的计算机可读介质两者。
[0065] 本领域技术人员还将领会到，除了在输入12中描述的手动输入方法（尤其在其中输入大量数据的情形中时）存在其它方式来接收数据和相关信息，且用于提供此类数据以便于允许处理单元11来在其上操作的任何常规装置也在本发明的范围内。如此，输入12也可以高通量数据线（包括上述的互联网连接）的形式，以便于接收大量的代码、向存储器15输入数据或者其它信息。信息输出14配置来传送与所需铸件方法相关的信息至用户（例如，当信息输出14以如所示的屏幕的形式时），或者传送至另一个程序或模型。同样地，本领域技术人员将领会到与输入12和输出14相关的特征可以结合至单个的功能单元，例如图形用户界面（GUI）。
[0066] 接下来结合图1参照图2A和图2B，IA系统1使用来从图像5提取信息，特别地，使用金相学技术来获得铸造样本或者感兴趣的样品的共晶性质。开始于准备好的（例如抛光的）金相学样本，使用显微镜20或者相关的扫描器或视觉获取装置将由摄像机30所捕获的图像5在输出14上放大和显示。典型地，许多图像5通过电控工作台40和工作台模式50的使用来捕获。工作台控制器70（其采用操纵杆式控制）可使用来在显微镜20中通过二维或三维（笛卡尔）坐标系的x、y和z（焦点）工作台运动将材料样本的显微图从一个场域移至另一个场域。这样允许穿过工作台模式50的运动来允许分析在样本上方的多个视场。此自动化工作台模式50（其包括自动对焦特征）允许在短时间周期内的大量数据的捕获。工作台控制器70的操纵杆允许当通过显微镜20的目镜观察样本时工作台的运动来有助于选择特定区域，在该区域上将实施本发明的分析。
[0067] 初始地，如图2A中所示的代表性的铝铸件的微观结构是光捕获的或者以其它方式由IA系统接收为显微图。在特定的形式中，显微图能够以由更小划分部分构成的拼接图像来被观察、储存和分析。微观结构的数字图像在IA系统1中被扩大且然后被弱化一倍或更多倍，以更好的加强共晶区域，例如通过由图2B中变黑的区域使其呈现完全填充的。黑暗区域的面积分数由IA系统1测量。虽然明和暗（例如黑色和白色）图像是优选的，灰色阈值可以可选地在基于计算机的例程或者算法60中在这些数字化图像5上实施（在显示器上以用户可读的形式示出），该基于计算机的例程或者算法60构成储存在存储器15或者其它合适的计算机可读介质中的图像分析软件。在此类情形下，IA系统1使用灰色水平阈值，且将黑和白之间的水平划分成2的多次方（例如在0与256之间用于8位数据格式）。以优选的形式，所接收图像的交替的明暗部分由光学显微镜20（或相关的机械化装置）基于共晶和非共晶部分之间的灰度水平对比来自动识别。然后IA系统1将接收这些识别的部分且自动测量这些。图2C和图2D显示使用来制备变速箱的A380合金的概念性HPDC样本的代表性的表层区域（图
2C）和内部区域（图2D）。
2C）和内部区域（图2D）。
[0068] 接下来，确定冷却速率和共晶相体积分数之间的关系。图3从相图的视角示意性地显示了冷却速率对于固化过程的影响。在平衡固化条件下（即铸件的内部区域，在此处发生非常慢的固化），在液体和固体两者中相转化和合金组分的变化遵循图中的实线，而在快速冷却条件下（即在铸件的外部或者表层区域中），在固相和液相两者中的溶质浓度随着图中的虚线变化。如上所提及的，共晶相体积分数对于任一给定的初始合金组分在快速固化的微观结构中增加。在所示出的示例中，铝-硅二元合金在铝溶剂中具有硅溶质浓度C。位置A代表铝基体的溶线S1、固相线S2和在合金的外部区域的铝基体中最大Si溶解度（或最大Si含量）的共晶等温线EIL的交点，位置B代表铝基体的溶线S1、固相线S2和在合金的内部区域的铝基体中最大Si溶解度（或最大Si含量）的共晶等温线EIL的交点，位置D代表内层区域的共晶点，以及位置E与外层区域的共晶点相对应。因此，使用单个图（例如慢固化共晶线B-D）来计算带有非常快速冷却的理论共晶体积分数（以及在表层和核之间的共晶体积分数差值）的困难促使本发明人来将共晶线B-D向下移动至由A-E线所代表的位置；这个移动（由下列方程所表示）使理论的共晶体积分数预计与观察到的试验结果相吻合。
[0069] 在与铸件的内部（即核）区域相对应的平衡（非常慢）固化条件下，共晶体积分数能够由下式来估计：
[0070] 体积% 共晶内部区域 = (Cw/o-Bw/o)/(Dw/o-Bw/o)
[0071] 或者：
[0072] 体积% 共晶内部区域= BC/BD
[0073] 同样地，在与铸件的外部（即表层）区域相对应的快速冷却条件下，共晶体积分数也能够从相图使用虚线来估计：
[0074] 体积% 共晶外部区域 = (Cw/o-Aw/o)/(Ew/o-Aw/o)
[0075] 或者：
[0076] 体积% 共晶外部区域 = AC/AE
[0077] 特别地，上述方程提供对于Al-Si二元相图的定量估计。因此，记住实际合金（例如380或类似的）进一步包括多种合金元素，使用计算热动力软件来计算在非常快冷却速率时固化的微观结构会是困难或者成本过高的。相反地，上述估计利用这样的事实：在相图中的实线是已知的，且由此能够建立基线（例如对于Al-Si二元合金）。虚线（其与图中点A和点E相对应，且在已知技术中并未确定）产生（通过上述方程）来涉及讨论中的部件的真实冷却速率。由于在更快冷却条件下的A的重量百分比浓度（即Aw/o）小于B的更慢冷却条件下的重量百分比浓度，在快速冷却表层中的共晶体积百分数大于在慢固化的中心核区域的共晶体积百分数。如接下来所述的，上述方程可以使用来使此类共晶体积百分数与不同的外部和内部区域相关联。
[0078] 样本从图4的变速箱100的六个不同位置采集；共晶面积百分比由在IA系统1上包括的图像分析例程以200X的放大率在大量的视场上方来确定。共晶面积百分比包括共晶粒子和在粒子之间的共晶铝，而铝基体不是均匀的，其带有许多α铝枝蔓晶（alpha aluminum dendrites）存在。共晶硅粒子（深灰痕迹（script）和叶片）在区段的中心处完全未改变，且其在表面处改变。通常地，这些未改变硅粒子是大的和细长的，引起材料小的延性和断裂韧性。改变程度与存在的共晶面积百分比相关。
[0079] 第一视场是在铸造表面面积处至0.396 mm的深度（一个视场的深度）。分析以0.396 mm的增量继续至相对的壁。区域110、120、130和150在两侧上均具有铸造表面，而区域140和160在第一视场处具有铸造表面且在最后视场处具有加工过的表面。每个视场接近
0.525 mm乘0.396 mm，具有0.208 mm2的面积。图像分析仪具有0.326797 µm/像素的200倍放大（即200X）的分辨率，且测量不确定度（即与工作台千分尺相关的不确定度和与分辨率相关的不确定度）是±0.6430 µm。
0.525 mm乘0.396 mm，具有0.208 mm2的面积。图像分析仪具有0.326797 µm/像素的200倍放大（即200X）的分辨率，且测量不确定度（即与工作台千分尺相关的不确定度和与分辨率相关的不确定度）是±0.6430 µm。
[0080] 多孔性的面积百分比通过图像分析例程以200X的放大率在所记录数量的视场上2
方来确定。使用于面积百分比的最小尺寸是10 µm。共晶面积百分比分析在每个面积中穿过壁厚度实施，且微小区段的拼接图像在图5A、6A、7A、8A、9A和10A中示出。在相对应的样本中所测量的共晶面积百分比在5B、6B、7B、8B、9B和10B中示出。也可包括在样本（未示出）中所测量的各个多孔性面积百分数来提供内部（核）区域中的高度多孔性的证明。
方来确定。使用于面积百分比的最小尺寸是10 µm。共晶面积百分比分析在每个面积中穿过壁厚度实施，且微小区段的拼接图像在图5A、6A、7A、8A、9A和10A中示出。在相对应的样本中所测量的共晶面积百分比在5B、6B、7B、8B、9B和10B中示出。也可包括在样本（未示出）中所测量的各个多孔性面积百分数来提供内部（核）区域中的高度多孔性的证明。
[0081] 特别地参照图5A和图5B，示出了在五十八个不同视场深度的共晶相和多孔性的测量结果。特别地，图5A显示区域110和真实测量位置的微观结构图像，而图5B显示在与壁厚度深度相对应的五十八个样本点处每个的共晶相百分比的绘图。基于图5B中所示的测量，能够看出对于变速箱中特定位置的表层厚度在8至10个场深度之间（其等于在3 mm和4 mm之间）。对于图6A至10B的剩余样本位置能够看出相似的结果，在此处（例如）图6A和图6B显示对于变速箱中特定位置的表层厚度在2至3个场深度之间（其等于在0.8 mm和1.2 mm之间）。
[0082] 注意到类似“优选地”、“通常地”和“典型地”的术语在此文中使用不是来限制所要求保护的发明的范围也并不是来意味着一定的特征是关键的、必需的或者甚至对所要求保护的发明的结构或功能是重要的。相反地，这些术语仅仅旨在突出这些在本发明的特定实施例中可以或者可以不使用的可替代的或者额外的特征。此外，术语“基本上”在此文中使用来代表有助于任何量化比较、值、测量或者其它表现的固有的不确定度。如此，可通过可随着所述参照变化的量化表现来代表此不确定度，而不引起在讨论中的本主题的基础功能中的变化。
[0083] 已经参照本发明的特定实施例进行了详细描述，将显而易见的是，多个改变和变型是可能的而不违背在所附权利要求中限定的本发明的范围。更确切地，虽然本发明的一些方面在此文中确定为优选的或者尤其有利的，但是预期到本发明并不一定限于本发明的这些优选的方面。
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