偏析的概念PPT幻燈片

1、第10章 化學成分的不均勻性,液 態(tài) 金 屬,體積收縮,變形縮孔縮松,熱裂紋 冷裂紋,氣體元素 雜質元素,化合物,夾渣,氣泡,氣孔,過飽和析出,降溫凝固,受拘束,應力,滯留,成分偏析,非平衡凝固,低熔點共晶,凝 固 缺 陷,化學成分的不均勻性,鑄件(錠)中化學成分不均勻的現(xiàn)象稱為偏析。由于金屬凝固過程中的選分結晶，導致晶體中的偏析是不可避免的。偏析分為兩種： 微觀偏析晶粒尺寸范圍（包括晶界）里的化學成分不均勻現(xiàn)象。 宏觀偏析鑄坯整個斷面上化學成分不均勻現(xiàn)象。 偏析的分類 微觀偏析 ：晶內偏析（枝晶偏析），晶界偏析 宏觀偏析 ：正偏析，逆偏析，V型偏析和逆V型偏析， 帶狀偏析，重力偏析,化學成分

2、的不均勻性,偏析也可根據(jù)鑄件各部位的溶質濃度CS與合金原始平均濃度C0的偏離情況分類。凡CSC0者，稱為正偏析，CSC0者，稱為負偏析。這種分類不僅適用于微觀偏析也適用于宏觀偏析。 偏析是鑄件的主要缺陷之一。偏析對鑄件質量影響很大，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）微觀偏析使晶粒范圍內的物理和化學性能產(chǎn)生差異，影響鑄件的力學性能。有時使鑄件難于加工。 （2）晶界偏析往往有更大的危害性，由于偏析使得低熔點共晶容易集中在晶粒邊界，即增加鑄件在收縮過程中產(chǎn)生熱裂的傾向性，又能降低鑄件的塑性。 （3）宏觀偏析使鑄件各部分的理學性能和物理性能產(chǎn)生很大差異，影響鑄件的使用壽命和工作效果。,10-1 微 觀

3、偏 析,微觀偏析按其形式分為胞狀偏析、枝晶偏析和晶界偏析。它們的表現(xiàn)形式雖不同，但形成的機理是相似的，都是合金在結晶過程中溶質再分配的必然結果。 一、晶內偏析（枝晶偏析）,晶內偏析產(chǎn)生于具有結晶溫度范圍，能形成固溶體的合金中，在鑄造條件下，當合金冷卻較快時，將形成不平衡結晶。 現(xiàn)在用圖6-1說明固溶體合金C0成分的不平衡結晶過程。,晶內偏析（枝晶偏析）,圖6-2、圖6-3分別表示含30%Cu的Ni-Cu固溶體合金在凝固時固 溶體中無擴散和有若干擴散時的晶體中心成分、表面成分以及平均 成分隨溫度的變化。,在實際鑄造條件下，由于冷卻速度快，固相中的溶質還未充分擴散，液體溫度降低，固液界面向前推進，

4、又結晶出新成分的晶粒外層，致使每個晶粒內部的成分存在差異。 這種存在于晶粒內部的成分不均勻性，稱為晶內偏析。由于固溶體合金多按枝晶方式生長，先結晶的枝干和后結晶的分枝的成分也存在差異，而且分枝本身(內外層)、分枝與分枝間的成分是不均勻的，故也稱枝晶偏析。,Ni-Cu合金的鑄態(tài)組織（SEM）,枝 晶 偏 析,鑄鋼組織也呈樹枝狀，其中先結 晶的枝桿中心含碳量較低，后結晶出 的分枝含碳量較高，枝晶間含碳量更 高，樹枝晶中這種化學成分不均勻的現(xiàn)象，稱為枝晶偏析，因為他屬于 一個晶粒范圍的成分不均勻，所以也 稱為晶內偏析。 圖6-5表示用電子探針所測定低 合金鋼溶液中生成的樹枝狀晶各截面 得溶質等濃度線

5、。從中可以清楚看出 溶質在一次分枝、二次分枝以及晶內 的分部。,枝 晶 偏 析,枝晶偏析的描述： 當不考慮固相中的擴散 時，用Scheil方程式描述：,應該指出的是，Scheil方程是在假定固相沒有溶質擴散的條件下導出的，是一種極端情況。實際上，特別是在高熔點合金中，如碳、氮這些原子半徑較小的元素在奧氏體中擴散往往是不可忽視的。,圖6-7表示Cu-Sn8%合金單相凝固時鑄態(tài)組織中Sn在枝晶橫截面分布的等濃度線。已知Cu-Sn合金的平衡分配系數(shù)K0=0.36，如不考慮溶質在固相中的擴散，枝干中心Sn的濃度應為K0C0=2.9%小于6%。這說明溶質原子在固相中的擴散是不可忽視的。,枝 晶 偏 析,

6、當考慮固相中有擴散、液相均勻混合時描述為：,DS溶質在固相中的擴散系數(shù) 局部凝固時間 S枝晶間距一半,由此可知，枝晶偏析的產(chǎn)生主要決定于：溶質元素的分配系數(shù)k0和擴散系數(shù)DS ，冷卻條件和枝晶間距。,各種元素在不同合金系中的分配系數(shù)k0和擴散系數(shù)DS是不同的，因此，枝晶偏析程度也不同。分配系數(shù)k0愈小(k0 1時)或k0愈大(k0 1時)，或擴散系數(shù)DS愈小，則枝晶偏析愈嚴重。因此，可用l1- k0l定性地衡量枝晶偏析的程度。 l1- k0l愈大，枝晶偏析愈嚴重， l1- k0l稱為偏析系數(shù)。,表10-1不同元素在鐵中的偏析系數(shù),幾種元素在鐵中的k0和l1- k0l示于表10-1?？梢钥闯鎏间?/p>

7、中，S、P、C是最易產(chǎn)生枝晶偏析的元素。,枝 晶 偏 析,枝晶偏析的大小可用枝晶偏析度Se,Cmax某組元在偏析區(qū)內的最高濃度 Cmin某組元在偏析區(qū)內的最低濃度 C0某組元的原始平均濃度,枝晶偏析比SR,表10.2幾種元素在鋼錠中的枝晶偏析度Se,枝 晶 偏 析,冷卻速度的影響 冷卻速度v0對枝晶偏析的影響是通過和s體現(xiàn)的。,圖為冷速對鎂合金 (Mg-0.2Ca)中Ca的 枝晶偏析的影響?？梢钥闯?，即使冷卻速 度很小，SR仍大于1，這表明鑄錠中仍存在 枝晶偏析，且隨冷卻速度的增大而增大。 當冷卻速度增大到某一值后，再繼續(xù)增加 冷卻速度，枝晶偏析程度減輕。,曾認為，冷卻速度愈大，枝晶偏析愈嚴重

8、。由上述結果可知，這種看法是不全面 的。增大冷卻速度有時反而減輕枝晶偏析，甚至當冷卻速度增大到某一臨界值(106108/s)時，不僅固相的擴散不能進行，液相中的擴散也被抑制，反而得到成分均勻的非晶態(tài)組織。,某元素在鑄件中的枝晶偏析程度因其它元素存在而又相當大的變化。例如，硫、磷在碳鋼中的枝晶偏析程度與碳含量有關，如圖10.5所示。 隨著碳含量的增加，硫、磷在碳鋼中的枝晶偏析程度明顯增加。這可能是由于碳改變了硫、磷在鋼中的分配系數(shù)和擴散系數(shù)的緣故。,枝 晶 偏 析,圖10.5碳對硫磷在鑄錠中枝晶偏析的影響,晶內偏析是不平衡結晶的結果，在熱力學上是不穩(wěn)定的。如果采取一定的工藝措施，使溶質進行充分擴

9、散，就能夠消除晶內偏析。生產(chǎn)是那個常采用擴散退火或均勻化退火來消除晶內偏析。,晶 界 偏 析,在合金凝固過程中，溶質元素和非金屬夾雜物富集于晶界，使晶界與晶內的化學成分出現(xiàn)差異，這種成分不均勻現(xiàn)象稱為晶界偏析。晶界偏析的產(chǎn)生有兩種情況，如圖10-2所示。,（a)兩個晶粒并排生長,兩個晶粒并排生長，晶界平行于生長方向，由于表面張力平衡條件的要求，在晶界與液相交界的地方，會出現(xiàn)一個凹槽，深度可達10 8 m。此處有利于溶質原子的富集，凝固后就形成了晶界偏析，如圖（a）所示。,晶 界 偏 析,b)兩個晶粒面對面生長,兩個晶粒彼此面對面生長，在固/液界面處溶質被排出（k0 1），此外，其他低熔點的物質

10、也會被排擠到固/液界面，即在它們之間富集大量溶質和低熔點物質；當兩個晶粒相遇時形成晶界，最后凝固的晶界部分將含有較多的溶質和其它低熔點物質，從而造成晶界偏析，如圖（b）所示,胞狀偏析,固溶體合金凝固時，若成分過冷不大，晶體會呈胞狀方式生長。胞狀結構由一系列平行的棒狀晶體所組成，沿凝固方向長大，呈六方斷面。由于凝固過程中溶質再分配，當合金的平衡分配系數(shù)k0 1時，六方斷面晶界處的溶質會貧化。這種化學成分不均勻性稱為胞狀偏析。,圖10-3 胞狀生長時溶質分布示意圖,三、微觀偏析的防止和消除,枝晶偏析是不平衡結晶的結果，在熱力學上是不穩(wěn)定的，如能設法使溶質原 子進行充分擴散即能消除枝晶偏析。把鑄件加

11、熱到低于固相線100200，長期 保溫，使溶質原子充分擴散，則可減輕或消除枝晶偏析。此即為均勻化退火。 圖6-10為圖6-4所示的Cu-Ni合金經(jīng)均勻化退火后的組織及與之相對的特征X 射線強度曲線，可以看出，枝晶偏析基本消除。,三、微觀偏析的防止和消除,均勻化退火時間取決于枝晶間距和擴散系數(shù)。所以凡能細化晶 粒的措施，如提高冷卻速度，加入晶粒細化劑等，減輕微觀偏 析，再通過均勻化退火處理，可消除。 對合金進行孕育處理或加入某些元素往往能使樹枝狀晶的尺 寸或單位面積上的樹枝狀晶的數(shù)量發(fā)生變化，這將改變枝晶內的 溶質分布。 但是晶界上存在的穩(wěn)定化合物，如氮化物、硫化物和某些碳 化物，即使采用均勻化

12、退火往往也無能為力。因此，對于這些化 合物所引起的晶界偏析，應該從減少合金中氮、硫的含量入手。,6-2宏 觀 偏 析,宏觀成分偏析是鑄錠，特別是合金鑄錠和大型鑄件生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的一種鑄造缺陷。它的形成不僅取決于合金自身的結晶特點，而且與凝固過程中的傳熱、傳質以及液相的流動方式密切相關。本世紀以來，隨著鋼鐵工業(yè)和科技的飛速發(fā)展，人們對凝固中出現(xiàn)的各種宏觀偏析現(xiàn)象進行了大量的、系統(tǒng)的研究。 在保證凝固前沿為平界面時，鑄件內的宏觀偏析可用Scheil方程近似的描述。但在實際生產(chǎn)條件下，保證凝固前沿為平面是困難的，往往存在兩相區(qū)。此時，鑄件生產(chǎn)宏觀偏析的途徑：1）在鑄件凝固早期，固相或液相的沉??；2）

13、在固液兩相區(qū)內液體沿枝晶間的流動。下面我們將就有關宏觀偏析的問題進行討論。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,研究發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬沿枝晶間的流動對鑄件產(chǎn)生宏觀 偏析起著重要的作用。金屬沿枝晶間流動的原因主要是： 1）熔體本身的流動驅使固液兩相區(qū)內的液體流動； 2）由于凝固收縮的抽吸作用促使液體流動； 3）由于密度差而發(fā)生的對流。 在凝固過程中鑄件中存在溫差，因此，在同一時刻鑄件各處未凝液相的數(shù)量是不同的。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,1、產(chǎn)生宏觀偏析的條件 當考慮枝晶間有液體流動時，枝晶的溶質分布可用下式描述,凝固收縮率; 等溫線移動速度; 液體沿方向的流動分速度； 固液界面上固相的溶

14、質濃度； K0平衡分配系數(shù)； C0原始濃度； fs固相分數(shù)。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,若干個枝晶的范圍內的平均固相成分： 顯然，若 等于C0 時，無宏觀偏析，大于C0時，為正偏析，小 于C0時，為負偏析。 決定 值得關鍵為q，上式即為宏觀偏析的判斷式。從上式可以看 出，當C0一定時，q 是影響宏觀偏析的決定因素。而當C0一定時， 亦為定值。因此對宏觀偏析起決定作用的是v/u,即液體流動速度 與等溫線移動速度比值得大小及兩者的方向。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,以Al-Cu4.5%合金為例，分析v/u對宏觀偏析的影響（如圖6-12）。該合金的凝固收縮系數(shù)為=0.057。,當

15、，即 將代入公式（6-1），公式（6-1）與Scheil方程完全一樣，這說明在所選取的局部地區(qū)（體積單元）其平均固相成分 ，無宏觀偏析。這里不難看出，不產(chǎn)生宏觀偏析的條件： 一是 與 兩者的方向相反； 一是 的絕對值要比 的絕對值小的多，即 。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,當 ，即 ， 時，液體流動速度的絕對值要比沒有宏觀偏析時大，且方向與等溫線移動的方向相反，即液體在兩相區(qū)內由熱端流向冷端，亦即液體從含Cu較低的熱區(qū)流向含Cu較多的冷區(qū)，降低了該區(qū)的平均成分 ，產(chǎn)生了負偏析。,當 ，即 ，此時，液體流動方向與等溫線 方向一致，即由含Cu量多的冷區(qū)流向含Cu量較少的熱區(qū)，從而提高了該區(qū)

16、的平均成分 ，產(chǎn)生了正偏析。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,2、凝固收縮和液相密度對宏觀偏析的影響 等溫線移動速度取決于冷卻速度，而液體沿枝晶間的流動近似遵守Darcy定律，即,液體的密度； g重力加速度； 液相的體積分數(shù)； 液體的粘度系數(shù)； P作用在枝晶間液體上的壓力； K滲透系數(shù)， 為與枝晶結構和枝晶空隙有關的常數(shù)。,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,在決定 值得諸因素中，顯然 與冷卻速度有關，冷卻速度越大，枝晶間隙越小，也越小。 壓力P還與凝固收縮有關，凝固收縮產(chǎn)生的負壓對液體有抽吸作用，促使液體流動。 作為液體的密度 ，在凝固過程中隨著成分的改變而改變，如果由于凝固改變液體成分

17、而使密度增加時，會使液體向下流動，反之，當密度減少時，會使液體向上流動。由此可知，促使液體流動的動力來自（1）凝固收縮；（2）液體密度的改變,一、晶間液體的流動對宏觀偏析的影響,如圖6-13所示的鑄件，從高度L/2起，截面積減少到1/9，澆注Al- 4.5%Cu合 金，采用自下而上的單向凝固。在凝固前沿的固液兩相區(qū)內，靠近下部的液相銅含 量高，沿凝固推進方向銅含量逐漸減少。密,度大的液體始終在下部，液體的密度差不能引起液體流動，液體流動僅由凝固收縮所致，因此，流動方向與等溫線移動方向相反，即 為負值?？上攵?，在鑄件截面積 突然變細的地方，液體流速最大。 由宏觀偏析的判別式可知，此處應產(chǎn)生較大

18、的負偏析。圖6-13示出該鑄件沿高度方向上的銅分布，可以看出，在L/2 處存在較大的負偏析，與上述分析完全吻合。,單向由下至上凝固的Al-Cu4.5%合金鑄件中Cu分布,正 常 偏 析,當鑄件(錠)凝固區(qū)域很窄時(逐層凝固)，固溶體初生晶生長成緊密排列 的柱狀晶，凝固前沿是平滑的或為短鋸齒形，枝晶向液體的流動對宏觀偏 析的影響則降為次要地位，宏觀偏析的產(chǎn)生主要與結晶過程中的溶質再分 配有關。,隨著凝固前沿向中心推進， “多余”的溶 質原子(k01)被排斥在周圍的液體中。 這部分液體的溶質濃度逐漸升高，后結 晶的固相溶質濃度不斷增加，導致鑄件 先凝固區(qū)域(鑄件的外層)的溶質濃度低于 后凝固區(qū)。

19、k0 1的合金則與上述情況 相反。按照異分結晶的規(guī)律，這是正常 現(xiàn)象，故稱正常偏析。,a 平衡結晶 b 固相無擴散液相只有擴散 c 固相無擴散液相均勻混合 d 液相部分擴散,正 常 偏 析,厚壁鑄鋼件中碳、磷、硫等溶質的分布規(guī)律,鑄件表面細晶粒區(qū)內，鋼液來不及在宏觀范圍內選擇結晶，其平均溶質濃度為C0(原始平均濃度）。與細等軸晶區(qū)相連的柱狀晶區(qū)，凝固由外向內依次進行，且凝固區(qū)域很窄，先凝固的部分溶質濃度較低，“多余”的溶質被排斥在周圍的液體中，后結晶的固相溶質濃度隨之升高，結晶開始溫度則相應降低。當鑄件中心部位的液體降至結晶溫度時，生長出粗大的等軸晶。含溶質濃度較高的液體被阻滯在柱狀晶區(qū)與等軸

20、晶區(qū)之間，該處磷、硫、碳的含量較高。中心等軸晶區(qū)平均成分也為C0 。,正 常 偏 析,通過上述分析可知，鑄件產(chǎn)生宏觀偏析的規(guī)律與鑄件的凝固特點密切相關。當鑄件以逐層凝固方式凝固時，凝固前沿時平滑的或短鋸齒形，溶質原子易于向垂直于凝固界面的液體內傳輸。此時，枝晶間液體的流動對宏觀偏析的影響降至次要地位，凝固后的鑄件內外層之間溶質濃度差大，正常偏析顯著。 當鑄件凝固區(qū)域較寬時，枝晶得到充分的發(fā)展，排出的溶質在枝晶間富集，且液體在枝晶間可以流動，從而使正常偏析減輕甚至完全消除。 正常偏析隨著溶質偏析系數(shù)值得增大而增大。但對于偏析系數(shù)較大的合金，當溶質含量較高時，鑄件傾向體積凝固，反而減輕正常偏析或不

21、產(chǎn)生正常偏析。 正常偏析的存在使鑄件性能不均勻，隨后的加工和熱處理也難以根本消除，故應采取適當措施加以控制。,逆 偏 析,鑄錠和鑄件凝固后，常?？梢?觀察到與正偏析相反的情況，即 鑄錠的表面或底部含溶質元素較 多，而中心部分或上部含溶質較 少(ko1)。 Cu-Sn和Al-Cu合金是易于產(chǎn)生逆偏 析的兩種典型合金，Cu-Sn10%合金 鑄件表面含錫量有時高達20一25。 在灰鑄鐵件表面有時會出現(xiàn)磷共晶 的汗點。,圖6- 16表示含Cu4.7%的鋁合金鑄件斷面上產(chǎn)生逆偏析的情況，虛線表示原始成分，而實線表示銅的實際分布。,逆 偏 析,逆偏析的形成有以下幾方面的共同特點： （1）結晶范圍寬的固溶體

22、型合金； （2）鑄件緩慢冷卻時逆偏析程度增加； （3）枝晶粗大時易產(chǎn)生逆偏析； （4）合金液含氣量較高時易出現(xiàn)逆偏析。 上述共同特點聯(lián)系起來，對逆偏析的形成原因可作如下解釋： 寬結晶溫度范圍的固溶體型合金在緩慢凝固時易形成粗大的樹 枝晶，枝晶相互交錯，枝晶間富集著低熔點的溶質，當鑄件產(chǎn)生 體收縮時，低熔點溶質將沿著樹枝晶間向外移動。如果液態(tài)合金 中溶解有較多的氣體，在凝固過程中將助長逆偏析的形成。,34,V型偏析 逆V型偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,35,宏觀偏析簡介,定義：較大尺寸范圍內的化學成分不均勻現(xiàn)象，又稱長程偏析或區(qū)域偏析； 分類：正偏析（Cs

23、Co） 、逆偏析（CsCo）、V形偏析、逆V形偏析、帶狀偏析、密度偏析、區(qū)域偏析、層狀偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,36,形成宏觀偏析的途徑,在凝固早期所形成的固體相或非金屬夾雜的漂浮或下沉； 兩相區(qū)內的液態(tài)在枝晶間隙中流動。,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,37,V型偏析和逆V型偏析簡介,常出現(xiàn)在大型鑄錠中，一般呈錐型，偏析帶中含有較高的C以及P和S雜質,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,38,形成機理,.：固-液界面偏析元素的富集將阻礙結晶的生長，出現(xiàn)周期性結晶。 由于結晶沉淀，在鑄錠的下

24、半部形成溶質濃度低于平均成分的負偏析區(qū)，上半部則形成高于平均成分的正偏析區(qū),2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,39,V形偏析,大野認為，鑄錠在凝固過程中，由于結晶堆積層的中央下部收縮下沉； 而上部不能同時下沉，就會在堆積層上方產(chǎn)生V形裂縫，V形裂縫被低熔點的溶質填充，便形成V形偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,40,逆V形偏析,鈴木：逆V形偏析的形成是由于密度小、溶質濃度高的金屬液沿固-液界面上升所引起的。 另一種看法是，當鑄錠中央部分在凝固過程中下沉時，側面向斜下方產(chǎn)生拉力，在其上部形成逆V形裂縫，且被低熔點溶液所填充，形成逆

25、V形偏析。,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,41,影響偏析的因素,降低鑄錠的冷卻速率，枝晶粗大，液體沿枝晶間的流動助力減小，促進溶質富集液相的流動，均會增大形成V形偏析和逆V形偏析的傾向,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,42,帶狀偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,43,帶狀偏析 定義,區(qū)域偏析的一種特殊形式，指鑄錠中某些局部區(qū)域的化學成分與其周圍區(qū)域存在差異的現(xiàn)象。鋼錠中的帶狀偏析按其分布特征，可分為型偏析（倒V型偏析）和V型偏析兩種,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工

26、程,44,帶狀偏析常出現(xiàn)在鑄錠或厚壁鑄件中，有時是連續(xù)的，有時則是間斷的，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富集層且晶體生長速度發(fā)生變化的緣故。,帶狀偏析成因： 溶質再分配成分過冷,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,45,圖（b)由于固-液界面的過冷降低，固體生長受到限制，晶體在固-液界面前方過冷度較大的部位優(yōu)先生長，并且長出分枝，成為樹枝狀，溶質含量高的金屬液將被樹枝晶捕捉（包圍），在固-液界面其鈉鹽的溶質濃度降低。,圖（a)中的固-液界面，在液體金屬中的溶質擴散速率低于固體的生長速率時，產(chǎn)生溶質偏析（富集），固

27、-液界面處的實際過冷度將下降。 。,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,46,圖（c）所示，固-液界面前沿過冷度又相對增大。 由于液固界面的過冷降低，固體生長受到限制，晶體在固液界面前方過冷度較大的部位優(yōu)先生長，并且長出分枝，成為樹枝狀，溶質含量高的金屬液將被樹枝晶捕捉（包圍），在固液界面前沿的溶質濃度降低,圖（d)中枝晶繼續(xù)成長將與鄰近的枝晶連接在一起，形成平滑界面；固-液界面推進又會引起固-液界面的過冷度下降,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,47,固液界面推進又會引起固液界面的過冷度下降,如圖（e）和 圖（f）所示，結晶前沿的成長

28、又會出現(xiàn)新的停滯。如此重復，在逐漸斷面可能會出現(xiàn)數(shù)條帶狀偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,48,圖（g）所示，當固-液界面過冷度降低，固-液界面推進受到溶質偏析的阻礙時，由于界面前方的過冷度較大，從側壁上可能產(chǎn)生新的晶粒并繼續(xù)長大，從前方橫切溶質農(nóng)化帶，也能形成帶狀偏析,2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,49,帶狀偏析的形成不進與固液界面溶質富集而引起的過冷程度有關，而且受晶體成長速率變化的影響當固液界面前方有對流或攪拌時，由于溶質的均勻化，可阻止帶狀偏析的形成 如果減少溶質的含量，采取孕育措施細化晶粒，加強固液界面前的對流和攪

29、拌，都能夠防止或減少帶狀偏析的形成,減少帶狀偏析方法,斷口附近縱向截取面上可看到近中心區(qū)有明顯的帶狀組織偏析。圖中黑色條狀即組織偏析區(qū),2020年10月22日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,50,碳化物帶狀偏析是國產(chǎn)H13鋼普遍存在的質量問題,其形成原因是由于碳和合金元素沿鍛軋方向的偏析所引起。在鋼錠冷卻時,鋼液中分配系數(shù)小于1的合金元素和雜質元素不斷從樹枝晶析出,因而這類元素在樹枝晶間區(qū)域的濃度明顯高于樹枝晶內的濃度。由于這種微觀結晶偏析,在枝晶間最后凝固的部分富集著碳和合金元素,凝固后形成大量的碳化物,在鍛軋過程中它逐步沿熱加工方向延伸成帶狀。,碳化物帶狀偏析,2020年10月2

30、2日11時10分,河北工業(yè)大學*材料加工工程,51,帶狀偏析對H13鋼芯棒的使用性能有很大影響。由于帶狀組織相鄰帶的顯微組織不同,淬回火后在帶之間會產(chǎn)生應力集中。帶狀偏析的存在會造成鋼材的沖擊韌性,塑性和斷裂韌性等降低,并具有明顯的各向異性,而且碳化物集聚區(qū)域最易成為疲勞裂紋源。因此,對芯棒材料要嚴格控制碳化物帶狀偏析。,碳化物帶狀偏析,重 力 偏 析,在鑄錠中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)底部和頂部存在著明顯的成分差異。這除 了是由于沿垂直方向逐層凝固而產(chǎn)生的正常偏析外，在許多場 合，是由于固、液兩相之間或互不相溶的液相之間有的密度不 同，在凝固過程中發(fā)生沉浮現(xiàn)象而造成的，故稱重力偏析。 重力偏析產(chǎn)生在鑄件凝固之前或剛剛開始凝固之際。絕大