偏析的分类专题知识讲座

1、偏析的分类专题知识讲座偏析的分类专题知识讲座第1页液态金属体积收缩变形缩孔缩松热裂纹冷裂纹气体元素杂质元素化合物夹渣气泡气孔过饱和析出降温凝固受拘束应力滞留成份偏析非平衡凝固低熔点共晶凝 固 缺 陷年8月3日材料加工工程2偏析的分类专题知识讲座第2页化学成份不均匀性铸件(锭)中化学成份不均匀现象称为偏析。因为金属凝固过程中选分结晶，造成晶体中偏析是不可防止。偏析分为两种：微观偏析晶粒尺寸范围（包含晶界）里化学成份不均匀现象。宏观偏析铸坯整个断面上化学成份不均匀现象。 偏析分类 微观偏析 ：晶内偏析（枝晶偏析），晶界偏析宏观偏析 ：正偏析，逆偏析，V型偏析和逆V型偏析， 带状偏析，重力偏析 年8

2、月3日材料加工工程3偏析的分类专题知识讲座第3页化学成份不均匀性偏析也可依据铸件各部位溶质浓度CS与合金原始平均浓度C0偏离情况分类。凡CSC0者，称为正偏析，CSC0者，称为负偏析。这种分类不但适合用于微观偏析也适合用于宏观偏析。偏析是铸件主要缺点之一。偏析对铸件质量影响很大，主要表现在以下几个方面：（1）微观偏析使晶粒范围内物理和化学性能产生差异，影响铸件力学性能。有时使铸件难于加工。（2）晶界偏析往往有更大危害性，因为偏析使得低熔点共晶轻易集中在晶粒边界，即增加铸件在收缩过程中产生热裂倾向性，又能降低铸件塑性。（3）宏观偏析使铸件各个别理学性能和物理性能产生很大差异，影响铸件使用寿命和工

3、作效果。 年8月3日材料加工工程4偏析的分类专题知识讲座第4页10-1 微 观 偏 析 微观偏析按其形式分为胞状偏析、枝晶偏析和晶界偏析。它们表现形式虽不一样，但形成机理是相同，都是合金在结晶过程中溶质再分配必定结果。一、晶内偏析（枝晶偏析） 年8月3日材料加工工程5 晶内偏析产生于含有结晶温度范围，能形成固溶体合金中，在铸造条件下，当合金冷却较快时，将形成不平衡结晶。 现在用图6-1说明固溶体合金C0成份不平衡结晶过程。 偏析的分类专题知识讲座第5页晶内偏析（枝晶偏析） 图6-2、图6-3分别表示含30%CuNi-Cu固溶体合金在凝固时固溶体中无扩散和有若干扩散时晶体中心成份、表面成份以及平

4、均成份随温度改变。 年8月3日材料加工工程6偏析的分类专题知识讲座第6页 在实际铸造条件下，因为冷却速度快，固相中溶质还未充分扩散，液体温度降低，固液界面向前推进，又结晶出新成份晶粒外层，致使每个晶粒内部成份存在差异。 这种存在于晶粒内部成份不均匀性，称为晶内偏析。因为固溶体合金多按枝晶方式生长，先结晶枝干和后结晶分枝成份也存在差异，而且分枝本身(内外层)、分枝与分枝间成份是不均匀，故也称枝晶偏析。年8月3日材料加工工程7Ni-Cu合金铸态组织（SEM）偏析的分类专题知识讲座第7页枝 晶 偏 析 铸钢组织也呈树枝状，其中先结晶枝杆中心含碳量较低，后结晶出分枝含碳量较高，枝晶间含碳量更高，树枝晶

5、中这种化学成份不均匀现象，称为枝晶偏析，因为他属于一个晶粒范围成份不均匀，所以也称为晶内偏析。 图6-5表示用电子探针所测定低合金钢溶液中生成树枝状晶各截面得溶质等浓度线。从中能够清楚看出溶质在一次分枝、二次分枝以及晶内分部。 年8月3日材料加工工程8偏析的分类专题知识讲座第8页枝 晶 偏 析枝晶偏析描述： 当不考虑固相中扩散时，用Scheil方程式描述：年8月3日材料加工工程9 应该指出是，Scheil方程是在假定固相没有溶质扩散条件下导出，是一个极端情况。实际上，尤其是在高熔点合金中，如碳、氮这些原子半径较小元素在奥氏体中扩散往往是不可忽略。 图6-7表示Cu-Sn8%合金单相凝固时铸态组

6、织中Sn在枝晶横截面分布等浓度线。已知Cu-Sn合金平衡分配系数K0=0.36，如不考虑溶质在固相中扩散，枝干中心Sn浓度应为K0C0=2.9%小于6%。这说明溶质原子在固相中扩散是不可忽略。 偏析的分类专题知识讲座第9页枝 晶 偏 析年8月3日材料加工工程10 当考虑固相中有扩散、液相均匀混合时描述为：DS溶质在固相中扩散系数局部凝固时间S枝晶间距二分之一 由此可知，枝晶偏析产生主要决定于：溶质元素分配系数k0和扩散系数DS ，冷却条件和枝晶间距。 各种元素在不一样合金系中分配系数k0和扩散系数DS是不一样，所以，枝晶偏析程度也不一样。分配系数k0愈小(k0 1时)或k0愈大(k0 1时)，

7、或扩散系数DS愈小，则枝晶偏析愈严重。所以，可用l1- k0l定性地衡量枝晶偏析程度。 l1- k0l愈大，枝晶偏析愈严重， l1- k0l称为偏析系数。 偏析的分类专题知识讲座第10页元 素PSBCVTiM0MnNiSiCr质量分数(%)0.010.030.010.040.0020.100.301.00.504.00.201.201.004.01.002.501.004.501.003.01.008.0偏析系数|1k0|0.940.900.870.740.620.530.510.860.650.350.34年8月3日材料加工工程11表10-1不一样元素在铁中偏析系数 几个元素在铁中k0和l1

8、- k0l示于表10-1。能够看出碳钢中，S、P、C是最易产生枝晶偏析元素。偏析的分类专题知识讲座第11页枝 晶 偏 析 元素SPCWVMoSiCrMnNi Se2.01.50.60.60.40.40.20.20.150.05年8月3日材料加工工程12 枝晶偏析大小可用枝晶偏析度SeCmax某组元在偏析区内最高浓度Cmin某组元在偏析区内最低浓度 C0某组元原始平均浓度枝晶偏析比SR表10.2几个元素在钢锭中枝晶偏析度Se偏析的分类专题知识讲座第12页枝 晶 偏 析冷却速度影响 冷却速度v0对枝晶偏析影响是经过和s表达。 图为冷速对镁合金 (Mg-0.2Ca)中Ca枝晶偏析影响。能够看出，即使

9、冷却速度很小，SR仍大于1，这表明铸锭中仍存在枝晶偏析，且随冷却速度增大而增大。当冷却速度增大到某一值后，再继续增加冷却速度，枝晶偏析程度减轻。年8月3日材料加工工程13 曾认为，冷却速度愈大，枝晶偏析愈严重。由上述结果可知，这种看法是不全方面。增大冷却速度有时反而减轻枝晶偏析，甚至当冷却速度增大到某一临界值(106108/s)时，不但固相扩散不能进行，液相中扩散也被抑制，反而得到成份均匀非晶态组织。偏析的分类专题知识讲座第13页 某元素在铸件中枝晶偏析程度因其它元素存在而又相当大改变。比如，硫、磷在碳钢中枝晶偏析程度与碳含量相关，如图10.5所表示。 伴随碳含量增加，硫、磷在碳钢中枝晶偏析程

10、度显著增加。这可能是因为碳改变了硫、磷在钢中分配系数和扩散系数缘故。 枝 晶 偏 析年8月3日材料加工工程14 图10.5碳对硫磷在铸锭中枝晶偏析影响 晶内偏析是不平衡结晶结果，在热力学上是不稳定。假如采取一定工艺办法，使溶质进行充分扩散，就能够消除晶内偏析。生产是那个常采取扩散退火或均匀化退火来消除晶内偏析。 偏析的分类专题知识讲座第14页晶 界 偏 析年8月3日材料加工工程15 在合金凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物富集于晶界，使晶界与晶内化学成份出现差异，这种成份不均匀现象称为晶界偏析。晶界偏析产生有两种情况，如图10-2所表示。（a)两个晶粒并排生长 两个晶粒并排生长，晶界平行于生长

11、方向，因为表面张力平衡条件要求，在晶界与液相交界地方，会出现一个凹槽，深度可达10 8 m。此处有利于溶质原子富集，凝固后就形成了晶界偏析，如图（a）所表示。 偏析的分类专题知识讲座第15页晶 界 偏 析年8月3日材料加工工程16b)两个晶粒面对面生长 两个晶粒彼此面对面生长，在固/液界面处溶质被排出（k0 1），另外，其它低熔点物质也会被排挤到固/液界面，即在它们之间富集大量溶质和低熔点物质；当两个晶粒相遇时形成晶界，最终凝固晶界个别将含有较多溶质和其它低熔点物质，从而造成晶界偏析，如图（b）所表示 偏析的分类专题知识讲座第16页胞状偏析 固溶体合金凝固时，若成份过冷不大，晶体会呈胞状方式生

12、长。胞状结构由一系列平行棒状晶体所组成，沿凝固方向长大，呈六方断面。因为凝固过程中溶质再分配，当合金平衡分配系数k0 1时，六方断面晶界处溶质会贫化。这种化学成份不均匀性称为胞状偏析。 图10-3 胞状生长时溶质分布示意图年8月3日材料加工工程17偏析的分类专题知识讲座第17页三、微观偏析预防和消除 枝晶偏析是不平衡结晶结果，在热力学上是不稳定，如能设法使溶质原子进行充分扩散即能消除枝晶偏析。把铸件加热到低于固相线100200，长久保温，使溶质原子充分扩散，则可减轻或消除枝晶偏析。此即为均匀化退火。 图6-10为图6-4所表示Cu-Ni合金经均匀化退火后组织及与之相正确特征X射线强度曲线，能够

13、看出，枝晶偏析基础消除。年8月3日材料加工工程18偏析的分类专题知识讲座第18页三、微观偏析预防和消除 均匀化退火时间取决于枝晶间距和扩散系数。所以凡能细化晶粒办法，如提升冷却速度，加入晶粒细化剂等，减轻微观偏析，再经过均匀化退火处理，可消除。 对合金进行孕育处理或加入一些元素往往能使树枝状晶尺寸或单位面积上树枝状晶数量发生改变，这将改变枝晶内溶质分布。 不过晶界上存在稳定化合物，如氮化物、硫化物和一些碳化物，即使采取均匀化退火往往也无能为力。所以，对于这些化合物所引发晶界偏析，应该从降低合金中氮、硫含量入手。 年8月3日材料加工工程19偏析的分类专题知识讲座第19页6-2宏 观 偏 析宏观成

14、份偏析是铸锭，尤其是合金铸锭和大型铸件生产中经常碰到一个铸造缺点。它形成不但取决于合金本身结晶特点，而且与凝固过程中传热、传质以及液相流动方式亲密相关。本世纪以来，伴随钢铁工业和科技飞速发展，大家对凝固中出现各种宏观偏析现象进行了大量、系统研究。 在确保凝固前沿为平界面时，铸件内宏观偏析可用Scheil方程近似描述。但在实际生产条件下，确保凝固前沿为平面是困难，往往存在两相区。此时，铸件生产宏观偏析路径：1）在铸件凝固早期，固相或液相沉浮；2）在固液两相区内液体沿枝晶间流动。下面咱们将就相关宏观偏析问题进行讨论。年8月3日材料加工工程20偏析的分类专题知识讲座第20页一、晶间液体流动对宏观偏析

15、影响 研究发觉，液态金属沿枝晶间流动对铸件产生宏观偏析起着主要作用。金属沿枝晶间流动原因主要是：1）熔体本身流动驱使固液两相区内液体流动；2）因为凝固收缩抽吸作用促使液体流动；3）因为密度差而发生对流。 在凝固过程中铸件中存在温差，所以，在同一时刻铸件各处未凝液相数量是不一样。年8月3日材料加工工程21偏析的分类专题知识讲座第21页一、晶间液体流动对宏观偏析影响1、产生宏观偏析条件当考虑枝晶间有液体流动时，枝晶溶质分布可用下式描述年8月3日材料加工工程22 凝固收缩率; 等温线移动速度; 液体沿方向流动分速度； 固液界面上固相溶质浓度； K0平衡分配系数； C0原始浓度； fs固相分数。偏析的

16、分类专题知识讲座第22页一、晶间液体流动对宏观偏析影响若干个枝晶范围内平均固相成份： 显然，若 等于C0 时，无宏观偏析，大于C0时，为正偏析，小于C0时，为负偏析。决定 值得关键为q，上式即为宏观偏析判断式。从上式能够看出，当C0一定时，q 是影响宏观偏析决定原因。而当C0一定时，亦为定值。所以对宏观偏析起决定作用是v/u,即液体流动速度与等温线移动速度比值得大小及二者方向。 年8月3日材料加工工程23偏析的分类专题知识讲座第23页一、晶间液体流动对宏观偏析影响以Al-Cu4.5%合金为例，分析v/u对宏观偏析影响（如图6-12）。该合金凝固收缩系数为=0.057。年8月3日材料加工工程24

17、当 ，即将代入公式（6-1），公式（6-1）与Scheil方程完全一样，这说明在所选取局部地域（体积单元）其平均固相成份 ，无宏观偏析。这里不难看出，不产生宏观偏析条件：一是 与 二者方向相反；一是 绝对值要比 绝对值小多，即 。偏析的分类专题知识讲座第24页一、晶间液体流动对宏观偏析影响当 ，即 ， 时，液体流动速度绝对值要比没有宏观偏析时大，且方向与等温线移动方向相反，即液体在两相区内由热端流向冷端，亦即液体从含Cu较低热区流向含Cu较多冷区，降低了该区平均成份 ，产生了负偏析。年8月3日材料加工工程25当 ，即 ，此时，液体流动方向与等温线方向一致，即由含Cu量多冷区流向含Cu量较少热区

18、，从而提升了该区平均成份 ，产生了正偏析。偏析的分类专题知识讲座第25页一、晶间液体流动对宏观偏析影响2、凝固收缩和液相密度对宏观偏析影响 等温线移动速度取决于冷却速度，而液体沿枝晶间流动近似恪守Darcy定律，即 液体密度；g重力加速度； 液相体积分数；液体粘度系数；P作用在枝晶间液体上压力；K渗透系数， 为与枝晶结构和枝晶空隙相关常数。年8月3日材料加工工程26偏析的分类专题知识讲座第26页一、晶间液体流动对宏观偏析影响在决定 值得诸原因中，显然 与冷却速度相关，冷却速度越大，枝晶间隙越小，也越小。压力P还与凝固收缩相关，凝固收缩产生负压对液体有抽吸作用，促使液体流动。作为液体密度 ，在凝

19、固过程中伴随成份改变而改变，假如因为凝固改变液体成份而使密度增加时，会使液体向下流动，反之，当密度降低时，会使液体向上流动。由此可知，促使液体流动动力来自（1）凝固收缩；（2）液体密度改变 年8月3日材料加工工程27偏析的分类专题知识讲座第27页一、晶间液体流动对宏观偏析影响 如图6-13所表示铸件，从高度L/2起，截面积降低到1/9，浇注Al- 4.5%Cu合金，采取自下而上单向凝固。在凝固前沿固液两相区内，靠近下部液相铜含量高，沿凝固推进方向铜含量逐步降低。密年8月3日材料加工工程28度大液体一直在下部，液体密度差不能引发液体流动，液体流动仅由凝固收缩所致，所以，流动方向与等温线移动方向相

20、反，即 为负值。可想而知，在铸件截面积突然变细地方，液体流速最大。 由宏观偏析判别式可知，此处应产生较大负偏析。图6-13示出该铸件沿高度方向上铜分布，能够看出，在L/2 处存在较大负偏析，与上述分析完全吻合。 单向由下至上凝固Al-Cu4.5%合金铸件中Cu分布偏析的分类专题知识讲座第28页正 常 偏 析 当铸件(锭)凝固区域很窄时(逐层凝固)，固溶体初生晶生长成紧密排列柱状晶，凝固前沿是平滑或为短锯齿形，枝晶向液体流动对宏观偏析影响则降为次要地位，宏观偏析产生主要与结晶过程中溶质再分配相关。伴随凝固前沿向中心推进， “多出”溶质原子(k01)被排斥在周围液体中。这个别液体溶质浓度逐步升高，

21、后结晶固相溶质浓度不停增加，造成铸件先凝固区域(铸件外层)溶质浓度低于后凝固区。 k0 1合金则与上述情况相反。按照异分结晶规律，这是正常现象，故称正常偏析。年8月3日材料加工工程29a 平衡结晶b 固相无扩散液相只有扩散c 固相无扩散液相均匀混合d 液相个别扩散偏析的分类专题知识讲座第29页正 常 偏 析厚壁铸钢件中碳、磷、硫等溶质分布规律年8月3日材料加工工程30 铸件表面细晶粒区内，钢液来不及在宏观范围内选择结晶，其平均溶质浓度为C0(原始平均浓度）。与细等轴晶区相连柱状晶区，凝固由外向内依次进行，且凝固区域很窄，先凝固个别溶质浓度较低，“多出”溶质被排斥在周围液体中，后结晶固相溶质浓度

22、随之升高，结晶开始温度则对应降低。当铸件中心部位液体降至结晶温度时，生长出粗大等轴晶。含溶质浓度较高液体被阻滞在柱状晶区与等轴晶区之间，该处磷、硫、碳含量较高。中心等轴晶区平均成份也为C0 。偏析的分类专题知识讲座第30页正 常 偏 析 经过上述分析可知，铸件产生宏观偏析规律与铸件凝固特点亲密相关。当铸件以逐层凝固方式凝固时，凝固前沿时平滑或短锯齿形，溶质原子易于向垂直于凝固界面液体内传输。此时，枝晶间液体流动对宏观偏析影响降至次要地位，凝固后铸件内外层之间溶质浓度差大，正常偏析显著。 当铸件凝固区域较宽时，枝晶得到充分发展，排出溶质在枝晶间富集，且液体在枝晶间能够流动，从而使正常偏析减轻甚至

23、完全消除。 正常偏析伴随溶质偏析系数值得增大而增大。但对于偏析系数较大合金，当溶质含量较高时，铸件倾向体积凝固，反而减轻正常偏析或不产生正常偏析。 正常偏析存在使铸件性能不均匀，随即加工和热处理也难以根本消除，故应采取适当办法加以控制。年8月3日材料加工工程31偏析的分类专题知识讲座第31页逆 偏 析 铸锭和铸件凝固后，经常能够观察到与正偏析相反情况，即铸锭表面或底部含溶质元素较多，而中心个别或上部含溶质较少(ko1)。 Cu-Sn和Al-Cu合金是易于产生逆偏析两种经典合金，Cu-Sn10%合金铸件表面含锡量有时高达20一25。在灰铸铁件表面有时会出现磷共晶汗点。年8月3日材料加工工程32图

24、6- 16表示含Cu4.7%铝合金铸件断面上产生逆偏析情况，虚线表示原始成份，而实线表示铜实际分布。偏析的分类专题知识讲座第32页逆 偏 析逆偏析形成有以下几方面共同特点：（1）结晶范围宽固溶体型合金；（2）铸件迟缓冷却时逆偏析程度增加；（3）枝晶粗大时易产生逆偏析；（4）合金液含气量较高时易出现逆偏析。上述共同特点联络起来，对逆偏析形成原因可作以下解释： 宽结晶温度范围固溶体型合金在迟缓凝固时易形成粗大树枝晶，枝晶相互交织，枝晶间富集着低熔点溶质，当铸件产生体收缩时，低熔点溶质将沿着树枝晶间向外移动。假如液态合金中溶解有较多气体，在凝固过程中将助长逆偏析形成。 年8月3日材料加工工程33偏析

25、的分类专题知识讲座第33页年8月3日材料加工工程34 V型偏析逆V型偏析偏析的分类专题知识讲座第34页宏观偏析介绍 定义：较大尺寸范围内化学成份不均匀现象，又称长程偏析或区域偏析； 分类：正偏析（CsCo） 、逆偏析（CsCo）、V形偏析、逆V形偏析、带状偏析、密度偏析、区域偏析、层状偏析年8月3日材料加工工程35偏析的分类专题知识讲座第35页形成宏观偏析路径 在凝固早期所形成固体相或非金属夹杂漂浮或下沉； 两相区内液态在枝晶间隙中流动。年8月3日材料加工工程36偏析的分类专题知识讲座第36页V型偏析和逆V型偏析介绍常出现在大型铸锭中，普通呈锥型，偏析带中含有较高C以及P和S杂质年8月3日材料

26、加工工程37偏析的分类专题知识讲座第37页形成机理.：固-液界面偏析元素富集将妨碍结晶生长，出现周期性结晶。 因为结晶沉淀，在铸锭下半部形成溶质浓度低于平均成份负偏析区，上半部则形成高于平均成份正偏析区年8月3日材料加工工程38偏析的分类专题知识讲座第38页V形偏析大野认为，铸锭在凝固过程中，因为结晶堆积层中央下部收缩下沉；而上部不能同时下沉，就会在堆积层上方产生V形裂缝，V形裂缝被低熔点溶质填充，便形成V形偏析年8月3日材料加工工程39偏析的分类专题知识讲座第39页逆V形偏析铃木：逆V形偏析形成是因为密度小、溶质浓度高金属液沿固-液界面上升所引发。另一个看法是，当铸锭中央个别在凝固过程中下沉

27、时，侧面向斜下方产生拉力，在其上部形成逆V形裂缝，且被低熔点溶液所填充，形成逆V形偏析。年8月3日材料加工工程40偏析的分类专题知识讲座第40页影响偏析原因降低铸锭冷却速率，枝晶粗大，液体沿枝晶间流动助力减小，促进溶质富集液相流动，均会增大形成V形偏析和逆V形偏析倾向年8月3日材料加工工程41偏析的分类专题知识讲座第41页带状偏析年8月3日材料加工工程42偏析的分类专题知识讲座第42页带状偏析 定义 区域偏析一个特殊形式，指铸锭中一些局部区域化学成份与其周围区域存在差异现象。钢锭中带状偏析按其分布特征，可分为型偏析（倒V型偏析）和V型偏析两种年8月3日材料加工工程43偏析的分类专题知识讲座第4

28、3页 带状偏析常出现在铸锭或厚壁铸件中，有时是连续，有时则是间断，偏析带状总是和液-固界面相平行。 带状偏析形成是因为固-液界面前沿液相中存在溶质富集层且晶体生长速度发生改变缘故。带状偏析成因： 溶质再分配成份过冷年8月3日材料加工工程44偏析的分类专题知识讲座第44页 图（b)因为固-液界面过冷降低，固体生长受到限制，晶体在固-液界面前方过冷度较大部位优先生长，而且长出分枝，成为树枝状，溶质含量高金属液将被树枝晶捕捉（包围），在固-液界面其钠盐溶质浓度降低。 图（a)中固-液界面，在液体金属中溶质扩散速率低于固体生长速率时，产生溶质偏析（富集），固-液界面处实际过冷度将下降。年8月3日材料加

29、工工程45偏析的分类专题知识讲座第45页 图（c）所表示，固-液界面前沿过冷度又相对增大。 因为液固界面过冷降低，固体生长受到限制，晶体在固液界面前方过冷度较大部位优先生长，而且长出分枝，成为树枝状，溶质含量高金属液将被树枝晶捕捉（包围），在固液界面前沿溶质浓度降低 图（d)中枝晶继续成长将与邻近枝晶连接在一起，形成平滑界面；固-液界面推进又会引发固-液界面过冷度下降年8月3日材料加工工程46偏析的分类专题知识讲座第46页 固液界面推进又会引发固液界面过冷度下降,如图（e）和 图（f）所表示，结晶前沿成长又会出现新停滞。如此重复，在逐步断面可能会出现数条带状偏析年8月3日材料加工工程47偏析的

30、分类专题知识讲座第47页 图（g）所表示，当固-液界面过冷度降低，固-液界面推进受到溶质偏析妨碍时，因为界面前方过冷度较大，从侧壁上可能产生新晶粒并继续长大，从前方横切溶质农化带，也能形成带状偏析年8月3日材料加工工程48偏析的分类专题知识讲座第48页 带状偏析形成不进与固液界面溶质富集而引发过冷程度相关，而且受晶体成长速率改变影响当固液界面前方有对流或搅拌时，因为溶质均匀化，可阻止带状偏析形成 假如降低溶质含量，采取孕育办法细化晶粒，加强固液界面前对流和搅拌，都能够预防或降低带状偏析形成降低带状偏析方法断口附近纵向截取面上可看到近中心区有显著带状组织偏析。图中黑色条状即组织偏析区年8月3日材

31、料加工工程49偏析的分类专题知识讲座第49页 碳化物带状偏析是国产H13钢普遍存在质量问题,其形成原因是因为碳和合金元素沿锻轧方向偏析所引发。在钢锭冷却时,钢液中分配系数小于1合金元素和杂质元素不停从树枝晶析出,因而这类元素在树枝晶间区域浓度显著高于树枝晶内浓度。因为这种微观结晶偏析,在枝晶间最终凝固个别富集着碳和合金元素,凝固后形成大量碳化物,在锻轧过程中它逐步沿热加工方向延伸成带状。碳化物带状偏析年8月3日材料加工工程50偏析的分类专题知识讲座第50页 带状偏析对H13钢芯棒使用性能有很大影响。因为带状组织相邻带显微组织不一样,淬回火后在带之间会产生应力集中。带状偏析存在会造成钢材冲击韧性,塑性和断裂韧性等降低,并含有显著各向异性,而且碳化物集聚区域最易成为疲劳裂纹源。所以,对芯棒材料要严格控制碳化物带状偏析。碳化物带状偏析年8月3日材料加工工程51偏析的分类专题知识讲座第51页重 力 偏 析 在铸锭中经常发觉底部和顶部存在着显著成份差异。这除了是因为沿垂直方向逐层凝固而产生正常偏析外，在许多场合，是因为固、液两相之间或互不相溶液相之间有密度不同，在凝固过程中发生沉出现象而造成，故称重力偏析。 重力偏析产生在铸件凝固之前或刚才开始凝固之际。绝大多数合金，固相密度较液相大，所以初生晶总