偏析的利弊?

偏析對(duì)合金的力學(xué)性能、抗裂性能及耐腐蝕性能等有程度不同的損害。但利用偏析現(xiàn)象可以?xún)艋蛱峒兘饘俚取Ｆ龅姆诸?lèi)合金在凝固過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)

成分不均勻現(xiàn)象稱(chēng)為偏析偏析是合金在凝固過(guò)程中由于溶質(zhì)再分配和擴(kuò)散不充分引起的《材料成形基本原理》(第3版)合金中的成分偏析什么叫偏析?為什么會(huì)出現(xiàn)偏析?一

、微觀偏析二

、宏觀偏析三、焊接熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻《材料成形基本原理》(第3版)一、微觀偏析微觀偏析是指微

小

范

圍

(約一個(gè)晶粒范圍)內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分為：晶

內(nèi)

偏

析

(

枝

晶

偏

析

)晶界偏析微觀偏析的影響因素與消除措施《材料成形基本原理》(第3版)

晶內(nèi)偏析是在一個(gè)晶

粒

內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常

產(chǎn)生于具有結(jié)晶溫度范圍、能夠形成固溶體的合金中。固溶體合金按樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異，又稱(chēng)為枝晶偏析?！恫牧铣尚位驹怼?第3版)1、晶內(nèi)偏析Ni-25%Cu

合金快凝后的樹(shù)枝狀。《材料成形基本原理》(第3版)2

、晶

界

偏

析晶界偏析比晶內(nèi)偏析的危害更大，既能降低合金的塑性與高溫性能，又增加熱裂紋傾向。2

ee14/83晶界偏析的網(wǎng)液疑固素違界回煽的片碳確物中球拔晶界析M界與液相的接觸處存在凹槽，溶質(zhì)原子在此處

富集，凝固后就形成了

晶界偏析。晶粒并排生長(zhǎng)，晶界平行于晶體生長(zhǎng)方向，晶《材料成形基本原理》(第3版)所排出的溶質(zhì)

(k?<1)和其他雜質(zhì)元素在固-液界面前沿富積，在最后凝

固的晶界對(duì)合部位將含有

較多的溶質(zhì)和其他低熔點(diǎn)

物質(zhì)，造成晶界偏析?！恫牧铣尚位驹怼?第3版)晶粒相對(duì)生長(zhǎng)，在對(duì)合處彼此相遇。晶粒結(jié)晶時(shí)《材料成形基本原理》(第3版)微觀偏析的影響因素與消除措施合金液、固相線間隔

(寬)的影響因素

偏析元素的擴(kuò)散能力

(弱)冷卻條件

(快)偏析程度元

素PSBCVTiMoMnNiSiCr元素質(zhì)量

分?jǐn)?shù)/%0.01~0.030.01~0.04.0020.100.3~1.00.5~4.00.2~1.21.0~4.01.0~2.51.0~4.51.0~3.01.0~

8.0偏析系數(shù)

|1—k?

I0.940.900.870.740.620.530.510.860.650.350.34■微觀偏析是一種不平衡狀態(tài)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的?？赏ㄟ^(guò)擴(kuò)散退火或均勻化退火來(lái)消除，即將合金加熱到低于固

相線100～200℃的溫度，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使偏析元素進(jìn)行

充分?jǐn)U散，以達(dá)到均勻化?！恫牧铣尚位驹怼?第3版)《材料成形基本原理》(

第

3

版

)宏

觀

偏

析宏觀偏析是指宏觀尺寸上的偏析，包括：正常偏析逆偏析V

形偏析和逆V

形偏析帶狀偏析與層狀偏析重力偏析

《材料成形基本原理》(第3版)固定加熱器移動(dòng)方向熔化區(qū)

熔化區(qū)Co

平衡凝固

液相只有有限擴(kuò)散液相中部分混合CoKo

液相充分混合均勻凝固開(kāi)始端距離

凝固末端偏析使鑄件性能不均勻，也難以通過(guò)熱處理消除，但可以利用溶質(zhì)的正常偏析現(xiàn)象對(duì)金屬進(jìn)行提純精煉。焊接熔池凝固時(shí)，隨著柱狀晶體的長(zhǎng)大和固-液界面的推進(jìn)，會(huì)將溶質(zhì)或雜質(zhì)趕向焊縫中心。當(dāng)焊接速度較

大時(shí)，成長(zhǎng)的柱狀晶會(huì)在焊縫中心相遇，在中心形成正偏析。在拉伸應(yīng)力作用下，焊縫極易產(chǎn)生縱向裂紋?！恫牧铣尚位驹怼?第3版)圖11-6

快速焊時(shí)焊縫的區(qū)域偏析一激冷面5.1591℃600548℃4.7銅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)500-α+θ4.33001020

30離表面距離粗大的樹(shù)枝晶，枝晶相互交錯(cuò)，枝晶間富集著低熔點(diǎn)相，當(dāng)鑄件產(chǎn)生體收縮時(shí)，低熔點(diǎn)相將沿著樹(shù)枝晶間向外移動(dòng)。逆偏析的成因在于結(jié)晶溫度范圍寬的固溶體合金，在緩慢凝固時(shí)易形成《材料成形基本原理》

(第3版)Al-4.7Cu

合金鑄件的逆偏析53.552.540

503.9

05.65

33.2頂面700660WCu(%)w(Cu)1%溫

度

{

℃400A

'偏析保

溫

帽

下V*

偏析“

帶

條”負(fù)偏析錐鑄錠的宏觀偏析分布示意圖

當(dāng)鑄錠中央部分在凝固下沉?xí)r，側(cè)面

向斜下方產(chǎn)生拉應(yīng)

力，在其上部形成

逆V形裂縫，并被

富含溶質(zhì)的液相所

填充，最終形成逆

V形偏析帶。《材料成形基本原理》(第3版)層狀偏析圖11-7

焊縫的層狀偏析a)

焊條電弧焊

b)電子束焊《材料成形基本原理》(第3版)帶狀偏析常出現(xiàn)在鑄錠或厚壁鑄件中，有時(shí)是連續(xù)的，有時(shí)則是間斷的，偏析的帶狀總是和液-固界面相平行。帶狀偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在溶質(zhì)富集層且晶體生長(zhǎng)速度發(fā)生變化的緣故。焊縫凝固中的層狀偏析與帶狀偏析機(jī)理相同。o-熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻程度與焊接規(guī)范有關(guān)，大的焊接線能量會(huì)使不均勻程度加劇(見(jiàn)圖中三組數(shù)據(jù)中的下行)《材料成形基本原理》(第3版)三、焊接熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻母材

焊縫0.02560.0250

0.5熔合線0.0450.0520.04硫的濃

度

3人%0.04150.0475增碳層

脫碳層Wc%焊縫金屬

x?

x?

結(jié)構(gòu)鋼母材實(shí)際熔合線