连续结晶成分偏析的计算
合金中的成分偏析
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
Al-4.7Cu 合金铸件的逆偏析
逆偏析的成因在于结晶温度范围宽的固溶体合金，在缓慢凝固时易形成 粗大的树枝晶，枝晶相互交错，枝晶间富集着低熔点相，当铸件产生体收缩 时，低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。
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充分扩散，以达到均匀化。 表11-1 不同元素在铁中的偏析系数
元素 P S
B
C V Ti Mo Mn Ni Si Cr
元素质量 0.01~ 0.01~ 0.002 0.3~ 0.5~ 0.2~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~ 1.0~
分数/% 0.03 0.04 ~0.10
1.0 4.0 1.2 4.0 2.5 4.5 3.0 8.0
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焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固-液界面 的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。当焊接速度较 大时，成长的柱状晶会在焊缝中心相遇，在中心形成正 偏析。在拉伸应力作用下，焊缝极易产生纵向裂纹。
电弧位置
图11-6 快速焊时焊缝的区域偏析
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微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、固相线间隔 （宽）
偏析程度 的影响因素
偏析元素的扩散能力 （弱）
冷却条件 （快）
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微观微偏析观是偏一析种程不度平一衡状般态用，偏在析热系力数学上|1是－不k稳0定|来的衡。可 量通过。扩|1散－退k火0或|值均匀越化大退，火固来相消和除，液即相将的合浓金度加差热到越低大于，固 晶相线内1偏00析～2越00严℃重的温。度，进行长时间保温，使偏析元素进行
偏析资料——精选推荐
偏析资料偏析相关合⾦中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。
焊接熔池⼀次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝⾦属中化学成分来不及扩散，造成分布不均，产⽣偏析。
根据铸锭的范围，偏析分为两⼤类：1. 显微偏析。
2. 区域偏析（宏观偏析）显微偏析指发⽣在⼀个或⼏个晶粒之内，包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析。
宏观偏析则发⽣在铸锭宏观范围内这⼀部分和那⼀部分之间。
可分为正常偏析、反常偏析、⽐重偏析三类。
晶内偏析：该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能⼒和固相线倾斜度等.可以通过退⽕将偏析消除;.区域性偏析：在较⼤范围内化学成分不均匀的现象,退⽕⽆法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；⽐重偏析：合⾦凝固时析出的初晶与余下的液体存在较⼤的⽐重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。
可采⽤降低浇温加⼤冷却速度，加⼊微量元素形成⽐重适当等。
扩散退⽕能消除偏析,均匀化学成分; 扩散退⽕⼜称均匀化退⽕，是将钢锭、铸件或锻坯加热⾄略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理⼯艺。
其主要作⽤和⽬的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产⽣的成分偏析，使成分和组织均匀化。
扩散退⽕加热温度⾼、保温时间长，所以加⼯效率低、成本⾼，也容易产⽣粗晶、氧化、脱碳等缺陷。
因此，扩散退⽕只是⽤于⼀些优质合⾦钢及偏析较严重的合⾦钢铸件及钢锭，并且扩散退⽕后可以进⾏⼀次完全退⽕或正⽕，以细化晶粒、消除缺陷。
成分偏析需要重熔才能够消除。
组织偏析需要长时间奥⽒体化（即均匀化退⽕）1、⼀般严重偏析很难消除，但是对于个别的，如碳化物聚集等，可以通过压缩⽐和正⽕进⾏改善。
（其实在均热坑延长加热时间就是扩散退⽕的过程）⾼温扩散、塑性加⼯可以在后期减轻偏析。
2、晶界偏析和晶内偏析都是微观偏析。
晶界偏析是由于溶质原⼦富集在最后凝固区域造成的（k⼤于0的情况）。
受溶质含量，结晶速度等的影响。
这类偏析可以⽤均匀化退⽕（扩散退⽕）消除。
GH4169合金凝固过程中Nb偏析的计算
GH4169合金凝固过程中Nb偏析的计算刘艳梅;孙文儒;陈国胜;王铁钢【摘要】采用一种新的方法,研究了GH4169合金真空自耗工业铸锭中Nb的偏析.采用金相定量分析和电子探针显微分析方法研究了微观组织和元素分布,其中枝晶轴相质量分数约为65％、其Nb含量约为2.4％.枝晶轴凝固结束时,剩余液相中Nb含量约为10.9％.此时,枝晶间相开始析出,其中Nb含量随着凝固的进行逐渐升高.最后,当剩余液相质量分数约为5.8％时,Laves/γ共晶反应发生,凝固过程结束.【期刊名称】《有色冶金设计与研究》【年(卷),期】2017(038)006【总页数】3页(P54-56)【关键词】GH4169;凝固;偏析;定量分析【作者】刘艳梅;孙文儒;陈国胜;王铁钢【作者单位】天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津市300222;中国科学院金属研究所,辽宁沈阳110016;宝山钢铁股份有限公司特殊钢事业部,上海市201900;天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津市300222【正文语种】中文【中图分类】TG132GH4169合金的Nb含量很高,在熔炼过程中不可避免地产生Nb偏析,在枝晶间形成富Nb的Laves相,甚至形成“黑斑”,造成产品报废[1-3]。
因此,研究凝固过程中Nb元素在各相中的含量变化对建立控制和消除Nb偏析的有效工艺具有重要意义[4-5]。
在以往的研究中,一般采取高温水淬与电子探针相结合的方法分析合金凝固过程中元素的偏析 [6-8]。
这种方法可以获得不同温度下液相区的成分，但是不能直接分析铸锭不同部位的凝固偏析情况。
采用金相图像分析软件定量分析与电子探针分析相结合的实验方法，可以定量地确定合金中不同组织的数量、大小、形状和分布，然后结合组织与组成成分分析，能够建立它们之间的定量关系[9]。
本文采用定量金相和相成分分析相结合的方法研究了GH4169合金凝固结晶过程中主要偏析元素Nb在各相中含量的变化过程，并通过计算分析描述了GH4169合金的凝固过程，为合金在凝固过程中的偏析提供一种研究方法。
一次结晶中的偏析
晶间偏析 （晶粒与晶粒之间）
表现：合金元素和杂质富集在晶界处
区域偏析 （整个焊缝断面上）
表现：合金元素和杂质在熔池中心的堆积
3）偏析的危害？
1、成分不均匀→组织 不均匀→性能偏差
2、导致裂纹、夹渣 和气孔
4）影响偏析的因素？
各化学成分的结晶温度区间 偏析元素的扩散能力
销售人员管理办法
01
显微偏析
2
3
偏析：定义、分类、危害、影响因素（措施）
谢谢大家 .
三、认识一次结晶
CONTENTS
01
02
成长经历
1、生核 2、长 大
存在的问题
长大过程中的问题现象： 偏析
定义
什么是偏析
分类
偏析的分类
危害
偏析的危害
措施
影响因素
长大过程中的问题现象： 偏析
定义
什么是偏析
分类
偏析的分类
危害
偏析的危害
措施
高温固态 常温固态
认识一次结晶
CONTENTS
熔合线
ห้องสมุดไป่ตู้
生核 （部位：熔合线上）
长大（形状：柱状晶）
偏析
定义
什么是偏析
分类
偏析的分类
危害
偏析的危害
措施
影响因素
1）偏析的定义？
合金元素在凝 固过程中发生的分 布不均匀的现象
什么是偏析
2）偏析的分类？
晶内偏析 （晶粒内部） 显微偏析
表现：先结晶中心最纯，外缘合金 元素和杂质偏多
02 03
（细晶热处理，缩短扩散
距离）
冷却速度
（加快冷却速度，显微偏析严重）
4）影响偏析的因素？
连铸中TiN在枝晶间的析出
连铸中TiN在枝晶间的析出溶质在枝晶间的微观偏析而导致在奥氏体晶界的析出，Ti和N在凝固过程中的微观偏析也会导致TiN在枝晶间的液体中析出。
1500oC时TiN在低合金钢液中的溶度积为6.15×10-4，这是按低合金钢的平均液相线温度所得。
图26给出了含量为0.02％Ti和60ppmN时TiN在枝晶间钢液中析出的计算结果。
当钢液凝固了99%时，有55%的氮转变成了TiN析出物。
当钢液完全凝固时％Ti/％N 大于等于3.42，几乎所有残余钢液中的氮都以TiN析出。
在奥氏体晶界的TiN颗粒将和钢凝固过程中平衡析出的NbC0.87在同一位置。
虽然N bC0.87可溶于TiN，由于碳氮化合物的低相互扩散和钢相对的快速冷却，NbC0.87取向外生于TiN颗粒。
依靠加强高温下NbC0.87的平衡析出导致奥氏体晶界颗粒的粗大，因此高的晶界活动性和低热塑性槽将会向低温区滑移至γ→α相变温度大约为700～850oC。
如果钢坯在矫直段的表面温度保持高于900oC或者低于700oC，钢坯的表面或表面以下横向裂纹在钢坯矫直过程中不会产生。
奥氏体晶界的析出物粗大效率依靠于凝固过程中TiN析出物的体积分数以及奥氏体在固相线下的冷却速率：少量的TiN和较慢的冷却速率确保晶界的析出物粗大。
根据欧洲和日本转炉－连铸的实践，无裂纹钢坯出现频率高是在钢中当钛含量在0.01 5～0.020％时氮含量低于45ppm。
然而当钢中钛含量为0.02～0.025％时，氮含量为60pp m就可能获得粗大的NbC0.87析出物。
在任何情况下，％Ti/％N必须稍微高于TiN的化学质量比率3.42。
同TiN类似，ZrN在钢液中的溶解度比较低：1500oC时[％Zr][％N]=1.9×10-3。
因此，加入Zr同样也能够获得粗化的析出物。
然而需要的最小质量比率％Zr/％N为6.52大约是T i的两倍。
此外Zr加入钢连铸过程中水口赌赛是一个严重的问题。
连铸微观偏析基本知识
DS
2013.09.18
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几种元素在铁中的k0和【1- k0】示于下表。可以看 出碳钢中，S、P、C是最易产生枝晶偏析的元素。
不同元素在铁中的偏析系数
元 素 P S B C V Ti M0 Mn Ni Si Cr
质量分数 (%)
0.01 0.01 ～ ～ 0.03 0.04
0.00 0.30 0.50 0.20 1.00 1.00 1.00 1.00 2 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 1.0 4.0 1.20 4.0 2.50 4.50 3.0 0.10
2013.09.18
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均匀化退火时间取决于枝晶间距和扩散系数。 所以凡能细化晶粒的措施，如提高冷却速度，加 入晶粒细化剂等，减轻微观偏析，再通过均匀化 退火处理可消除。对合金进行孕育处理或加入某 些元素往往能使树枝状晶的尺寸或单位面积上的 树枝状晶的数量发生变化，这将改变枝晶内的溶 质分布。 但是晶界上存在的稳定化合物，如氮化物、 硫化物和某些碳化物，即使采用均匀化退火往往 也无能为力。因此，对于这些化合物所引起的晶 界偏析，应该从减少合金中氮、硫的含量入手。
（b）两个晶粒面对面生长
2013.09.18
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1.3 胞状偏析
固溶体合金凝固时，若成分过冷不大，晶体会呈胞状方式生长。 胞状结构由一系列于凝固过程中溶质再分配，当合金的平衡分配系数k0 < 1时，六方断面的晶界处将富集溶质元素，如下图所示；当k0 > 1时， 六方断面晶界处的溶质会贫化。这种化学成分不均匀性称为胞状偏 析。
图为冷速对镁合金 (Mg-0.2Ca)中Ca的 枝晶偏析的影响。可以看出，即使冷却速 度很小，SR仍大于1，这表明铸锭中仍存在 枝晶偏析，且随冷却速度的增大而增大。 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。
多相合金结晶包晶和偏晶ppt
多相合金的结晶研究已经取得了重要的进展，但仍存在许多挑战。
包晶和偏晶的形成与演化受多种因素的影响，如成分、温度、压力、晶体结构等。
对多相合金结晶过程中包晶和偏晶的研究有助于深入了解其性能和服役行为，为优化和控制多相合金的制备和使用提供了重要的理论基础。
包晶和偏晶是多相合金中常见的组织形态，对于其形成和演变的研究具有重要的实际意义。
优点
多相合金具有高强度、高韧性、耐腐蚀性和高温稳定性等优点，使其在工业应用中具有广泛的应用前景。例如，多相合金可以用于制造高性能的结构件和功能件，如桥梁、高层建筑、航空发动机等。
缺点
多相合金在工业应用中也存在一些缺点，如工艺复杂、成本高、组织控制难度大等。此外，多相合金在高温下容易发生成分偏析、相变和腐蚀等现象，需要采取相应的措施进行控制和改善。
固态合金结晶
固态合金在加热过程中，原子或离子重新排列形成新的有序结构，即再结晶。
合金结晶的基本原理
物质中呈现均匀性、连续性的部分称为相。
结晶过程中的相变
相
在一定的温度和压力条件下，物质中不同相之间发生的转变称为相变。
相变
在多相合金结晶过程中，不同组成相之间的转变需要通过相变来实现。
结晶过程中的相变
压力和搅拌对结晶过程和最终组织结构有很大影响。
偏晶反应
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定义
偏晶反应是指两种或多种不同相（固溶体、化合物或金属间化合物）的固态相互转变，其中至少有一个相在转变过程中保持固态。
分类
根据相变过程中是否涉及固态相的扩散，偏晶反应可分为扩散性偏晶反应和非扩散性偏晶反应。
偏晶反应的定义和分类
机理
偏晶反应的机理主要涉及界面反应和扩散过程。在反应过程中，界面首先形成新相的核心，然后通过扩散机制扩展新相，直到完全取代原始相。
成分偏析
正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析 的增大而增大。 正常偏析随着溶质偏析系数 的增大而增大 图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除， 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但
焊接熔池凝固时，随着柱状晶体的长大和固液界面的推进，会将溶质或杂质赶向焊缝中心。 当焊接速度较大时，成长的柱状晶会在焊缝中心 相遇，在中心形成正偏析。在拉伸应力作用下， 焊缝极易产生纵向裂纹。
什么叫偏析？
合金在凝固过程中 合金在凝固过程中 发生的化学成分不均 匀现象称为偏析
偏析对合金的力学性能、 偏析对合金的力学性能、
为什么会出现偏析？ 偏析的利弊？
抗裂性能及耐腐蚀性能等有 程度不同的损害。 程度不同的损害。偏析也有 有益的一面， 有益的一面，如利用偏析现 象可以净化或提纯金属等。 象可以净化或提纯金属等。
a） b） 图11-7 焊缝的层状偏析 a) 焊条电弧焊 b) 电子束焊
三、焊接熔合区的化学成分不均匀
硫 的 浓 度 wS / % /% 母材 焊缝
母材
Tm 11-9 ( E=11.76kJ/cm
焊
S 母材
P S
,
P
焊
焊缝
E=23.94kJ/cm
)
增碳层
脱碳层
wC %
焊缝金属 －x
x1
x2
母材金属 x
•表11-1
P
不同元素在铁中的偏析系数
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包 括： 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 带状偏析与层状偏析 重力偏析
系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， 系数较大的合金，液相只有扩散 c－液相完全混合 d－液相部分混合 a－平衡凝固 b－ 当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， － － － － 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 偏析反而减轻。 偏析反而减轻。
连铸圆坯成分偏析分析及控制措施
连铸圆坯成分偏析分析及控制措施连铸圆坯成分偏析分析及控制措施为掌握大断面连铸圆坯的成份偏析情况，为后续生产提供指导，技术中心与质检科对铸造一车间8月10日生产的φ350mmQ345B、9月9日生产的φ400mm35钢连铸坯进行了取样，分析了铸坯化学成份及存在的成分偏析问题，提出了相应的预防控制措施。
现将分析结果汇报如下：1、连铸坯成分分析1.1、φ350mmQ345B取样及成份分析1.1.1、成份分析取样炉号：ZD14108083。
钢种：Q345B。
生产日期：2014年8月10日。
对连铸坯按照图1的点位进行取样分析，分析结果见表1。
表1 φ350mm Q345B连铸坯成分分析结果备注：成品成分为中间包钢水样成分分析结果。
图1 φ350mm Q345连铸坯成分分析点分布1.1.2、偏析度分析偏析度计算：Cc/C0＝[（1#+2#+3#+4#+5#+6#+7#+8#+9#）/9]/5#。
碳偏析度：上下＝0.164/0.13=1.262，左右＝0.16/0.13=1.231；硅偏析度：上下＝0.279/0.27=1.033，左右＝0.27/0.27=1.000；锰偏析度：上下＝1.288/1.21=1.064；左右＝1.26/1.21＝1.041；磷偏析度：上下＝0.0103/0.009=1.144；左右＝0.009/0.009＝1.000；硫偏析度：上下＝0.004/0.0019=2.105；左右＝0.004/0.0021＝1.905。
1.1.3、偏析规律从偏析分析结果看，此炉φ350mmQ345B连铸坯成份偏析存在以下规律：⑴、偏析度从大到小依次为硫、碳、磷、锰、硅，偏析最大元素为硫元素。
成份偏析中，C的最大偏差为+0.06%，Si的最大偏差为+0.02%，Mn的最大偏差为+0.19%，P的最大偏差为+0.005%，S的最大偏差为+0.003%，其中C、Si、Mn、P元素为负偏析，S元素为正偏析，⑵、成分偏析的部位主要是二分之一半径及铸坯中心部位，即2、3、5、7、8、c、e、g点，外其他部位的成分比较接近，且能代表整个铸坯的平均成分。
运用TRIZ解决连续法生产中结晶产品粒度不均匀问题
晶的生长，应器 中已生成的物料量大 ， 分 散在其中的原料浓度就低， 过饱和度也就
低。
２ ． ２ 解 决 技 术 问题 ２ ． ２ ． １ 运 用 物 理矛 盾法
◆ 试用 空间分离法 分离反 应时 间
（ ｔ ） ：
均粒 径及大小分布的关键 因素， 就是结 晶
生成 结晶 的原 理 ： 一些结 晶产 品在 一定组成的液相中具有一定的溶解度 。 若 液相中存在构成结 晶产品的离子和分子， 当这些离子和分 子的 浓度大于 结晶产 品
反应物料在反 应器 中的停 留时间越长， 结 晶产品的平均粒径 越大 ； 反之 ， 结 晶产品 的平均粒径越小。 液 相中构成 结晶产 品的离子和分 子 的浓度， 与结晶产品在 液相中的溶解度 的 差值 ， 称 之为 绝对过饱和度 （ 以下简称 过
度， 并大到一定的 值时， 就会形成晶 核，
为晶核形成阶段。 液相中的离子和分子
继续 长到晶核上 ， 结 晶不 断长大， 直到结
晶离开反 应器或不再 生长， 为晶核长大 阶 段。 结晶在反应器 中生长的时间越长， 即
大 且均 匀。 结 晶粒 度不均匀 ， 特别是产品 中细粉状的量 增加， 将使使用过程 中的扬 尘增 大 ， 消耗 上升， 污染 环境 。 结 晶产品 中细粉状的量增 加， 还 使产品易吸湿， 易 结块 ， 增 大产品包装、 贮存和运输成本 。 生产过程 中， 经过生成结 晶的化学反应之
１前言
技 术问题名称 ： 结 晶产 品的颗 粒大
在化工、 湿法冶金、 环保 等领域的工 业生产过程 中， 存在 大量 生成 结晶的化学 反 应。生产 对生成 结 晶的一般 要求是 粗 小不均匀 解 决 技术 问题 目标 ： 在不 降低 生产 效率 的前 提下， 提 高结 晶产 品 的均匀度
成分偏析与冷却速度关系
成分偏析与冷却速度关系成分偏析与冷却速度关系在金属材料的制造过程中，成分偏析是一种常见的现象。
成分偏析指的是材料中某种元素分布不均匀的现象。
这种现象不仅会影响到材料的力学性能、耐腐蚀性能等方面，而且还会引起材料在加工和使用过程中的一系列问题。
成分偏析与冷却速度有着密切的关系。
1.成分偏析的成因成分偏析是由于金属液与晶体固相之间存在的界面反应而引起的。
在晶体生长的过程中，金属逐渐从液相中分离出来，在这个过程中，会出现成分偏离的现象。
特别是在晶体的外围和角落处，由于晶体生长速率低，金属的分离也会更多，进一步加剧了成分偏离。
2.冷却速度的影响尽管成分偏析的成因很多，但是其严重程度与冷却速度密切相关。
在金属材料制造的过程中，冷却速度是控制成分偏离的一个重要因素。
当冷却速度快时，晶体生长速率加快，晶体外围的晶界移动的距离变小，因此会减少成分偏离的可能性。
相反地，当冷却速度慢时，晶体外围的晶界移动的距离就较大，成分偏离的程度也就更加明显。
因此，控制冷却速度是减少成分偏离的关键。
3.控制成分偏析的措施为了尽量减少成分偏析的发生，需要在金属材料制造的过程中采取一些措施，以保证冷却速度的控制和均匀性。
一般来说，应根据不同的金属材料和生产工艺，选择合适的冷却速度和方式，并且严格控制加热和保温温度。
此外，在选择材料的配料方案时，也应注意材料成分的均匀性，避免出现较大的成分差异。
总之，成分偏析的程度与冷却速度密切相关。
在金属材料制造的过程中，严格控制冷却速度和均匀性，是减少成分偏移的有效手段。
只有在控制好成分偏移的同时，才能生产出更符合质量要求的金属材料。
成分偏析的均匀化公式
成分偏析的均匀化公式
成分偏析是一种金属学术语。
合金中各组多主归肯成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。
焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分，来不及扩散，造成分布不均，产生偏析。
熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。
在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均现象称为显微偏析。
熔池一次结晶时，由捉照说拜于柱背泪跨状晶体的不断长大和推移，会把杂质"赶"向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，这种现象称为区域偏析。
焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。
窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质。
阀抹这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。
宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，这种焊缝具有较高的抗热裂能力。
熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。
以后随着熔池的散热，结晶又重新开始，形成组想雄周期性的结晶，伴随着出现结晶前沿液体金属中杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为层状偏析。
层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出现在层状偏析中。
由层状偏析所造成的气孔。
铸坯偏析计算公式教程
铸坯偏析计算公式教程在铸造工艺中，铸坯偏析是一个非常重要的问题。
铸坯偏析是指在铸造过程中，由于合金成分的不均匀分布导致铸件中某些部分的成分偏离设计要求，从而影响了铸件的性能和质量。
因此，正确地计算铸坯偏析是确保铸件质量的关键步骤之一。
在本文中，我们将介绍铸坯偏析的计算公式，并详细讲解如何使用这些公式进行铸坯偏析的计算。
1. 铸坯偏析的原因。
铸坯偏析的原因主要有两个方面，一是固液相之间的化学反应，二是合金在凝固过程中的组织变化。
在固液相之间的化学反应中，通常会发生偏析现象。
这是因为在合金凝固的过程中，由于温度梯度和成分梯度的存在，使得某些成分在凝固过程中向某一相偏移，从而导致铸坯偏析。
而在合金凝固过程中的组织变化中，也会发生偏析现象。
这是因为在合金凝固的过程中，由于晶粒生长速度的不同，使得某些成分在晶粒内部向某一相偏移，从而导致铸坯偏析。
2. 铸坯偏析的计算公式。
铸坯偏析的计算公式主要有两种，一是通过实验数据得出的经验公式，二是通过理论分析得出的数学模型。
其中，通过实验数据得出的经验公式主要有，偏析系数公式、偏析度公式、偏析率公式等。
偏析系数公式，δ = (Cmax Cmin) / Cavg。
其中，δ表示偏析系数，Cmax表示铸坯中某一相的最大成分，Cmin表示铸坯中某一相的最小成分，Cavg表示铸坯中某一相的平均成分。
偏析度公式，D = (Cmax Cmin) / C0。
其中，D表示偏析度，Cmax表示铸坯中某一相的最大成分，Cmin表示铸坯中某一相的最小成分，C0表示合金的初始成分。
偏析率公式，R = (Cmax Cmin) / Cmin。
其中，R表示偏析率，Cmax表示铸坯中某一相的最大成分，Cmin表示铸坯中某一相的最小成分。
通过理论分析得出的数学模型主要有，扩散模型、凝固模型、组织模型等。
扩散模型，δ = k (Cmax Cmin) / L。
其中，δ表示偏析系数，k表示扩散系数，Cmax表示铸坯中某一相的最大成分，Cmin表示铸坯中某一相的最小成分，L表示扩散长度。
消除晶内偏析的方法 -回复
消除晶内偏析的方法-回复晶内偏析是指晶体内部在凝固过程中出现的成分不均匀现象。
晶内偏析可能由于溶质在凝固过程中的分配不均匀，或者晶体生长速度的差异等原因导致。
晶内偏析严重影响材料的性能和质量，因此需要采取措施来消除晶内偏析。
本文将一步一步讨论消除晶内偏析的方法。
第一步: 定位偏析区域消除晶内偏析的首要任务是定位偏析区域。
我们可以通过对试样进行切片或者金相分析等方法来确定偏析区域的位置和性质。
对于高度晶内偏析的试样，可以使用扫描电子显微镜(SEM)等设备来观察晶体表面的形貌差异，进一步确认偏析区域。
第二步: 分析偏析原因明确偏析原因是消除晶内偏析的关键。
晶内偏析的原因可能是多方面的，如化学成分的不均匀分布、凝固速度的差异、温度梯度等。
针对不同的原因，我们需要采取不同的措施。
第三步: 调整化学成分如果晶内偏析是由化学成分的不均匀分布所引起的，我们可以通过调整化学成分来消除偏析。
一种方法是在合金中添加合适的元素，以打破原子分布的不均匀性。
另一种方法是调整冶炼过程中的溶解度和分配系数，以促进溶质在晶内的均匀分布。
第四步: 控制凝固速度凝固速度是引起晶内偏析的另一个重要因素。
凝固速度的差异会导致溶质在晶体内的不同分配。
因此，通过控制凝固速度的方法也可以消除晶内偏析。
一种方法是控制凝固过程中的温度梯度，通过调整冷却速度来减小温度梯度的差异。
另一种方法是改变凝固介质的性质，如添加凝固剂或者改变冷却介质的流速等。
第五步: 采用晶体生长方法晶体生长方法也可以用来消除晶内偏析问题。
晶体生长方法通常包括静态晶体生长和动态晶体生长两种。
静态晶体生长通常在恒定温度下进行，可以通过控制溶液中溶质的浓度来减小晶体内部的偏析现象。
动态晶体生长中，晶体生长的速度较快，晶体内部偏析的可能性较低。
第六步: 优化工艺参数在凝固过程中，不同的工艺参数也会对晶内偏析产生影响。
因此，在消除晶内偏析问题中，我们还需要优化工艺参数。
例如，控制冷却速率、温度梯度和浸渍时间等。
消除晶内偏析的方法 -回复
消除晶内偏析的方法-回复消除晶内偏析的方法是一项非常重要的工作，特别是在冶金、材料加工及其他相关领域中。
晶内偏析指的是晶粒内某些成分的偏聚，从而使得晶体的性质不均匀化，影响材料的质量和性能。
为了有效地消除晶内偏析，下面将提供一些方法和步骤。
第一步：了解晶内偏析的成因和特点在采取措施去消除晶内偏析之前，了解晶内偏析的成因和特点是非常重要的。
晶内偏析主要是由于晶体生长期间溶质的不均匀分布所致。
这种不均匀分布往往是因为溶质在固态晶体中的溶解度随温度的变化而发生改变。
当晶体生长过程中溶质浓度变化较大时，晶内偏析就会发生。
因此，了解晶内偏析的成因和特点有助于选择正确的消除方法。
第二步：控制晶体生长条件晶体生长条件的调节对于消除晶内偏析至关重要。
通过调控晶体生长过程中的温度、溶质浓度和相对运动速度等参数，可以有效地控制晶内偏析的产生。
例如，在温度梯度方法中，通过控制加热温度和冷却温度的梯度，可以减少晶内偏析的生成。
第三步：合理选择合金元素和添加剂合金元素和添加剂的选择对于消除晶内偏析起着重要的作用。
一些元素和添加剂具有调节晶体生长过程中溶质分布的能力，从而减少晶内偏析的发生。
例如，在铸造过程中，添加一些稀土元素可以改善铸件的微观组织，减少晶内偏析现象。
此外，合理的合金元素和添加剂选择还可以优化材料的力学性能和耐腐蚀性能。
第四步：采用合适的凝固技术在材料加工过程中，采用合适的凝固技术是消除晶内偏析的一种有效手段。
凝固技术包括等温凝固和非等温凝固两种方法。
等温凝固是指在恒定温度下凝固，可以控制晶内偏析的产生。
而非等温凝固是指温度随时间的变化而改变，可以通过改变温度梯度和凝固速度来减少晶内偏析的产生。
第五步：通过热处理方法消除晶内偏析热处理是一种常用的消除晶内偏析的方法。
通过热处理，可以使晶内偏析的成分重新均匀分布，从而改善材料的性能。
常见的热处理方法包括固溶处理和时效处理。
固溶处理是指将材料加热至固溶温度，保持一段时间后迅速冷却，以使晶内偏析的成分重新均匀分布。
成分偏析
微观偏析的影响因素与消除措施
合金液、 合金液、固相线间隔 （宽）
偏析程度 的影响因 素
偏析元素的扩散能力 （弱） 冷却条件 （快）
微观偏析是一种不平衡状态， 微观偏析是一种不平衡状态，在热力学上是
•
不稳定的。 不稳定的。可通过扩散退火或均匀化退火来消
微观偏析程度一般用偏析系数|1－k0|
来衡量。|1－k0|值越大，固相和液相的浓 即将合金加热到低于固相线100～200℃的 除，即将合金加热到低于固相线 ～ ℃ 度差越大，晶内偏析越严重。 温度，进行长时间保温， 温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分
•表11-1
P
不同元素在铁中的偏析系数
二、宏观偏析
宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包 括： 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 带状偏析与层状偏析 重力偏析
系数较大的合金，当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， 系数较大的合金，液相只有扩散 c－液相完全混合 d－液相部分混合 a－平衡凝固 b－ 当溶质含量较高时，合金倾向于体积凝固， － － － － 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。 偏析反而减轻。 偏析反而减轻。
收缩孔 正偏析 逆V偏析 偏析 V偏析 偏析
负偏析
铸锭产生V形和逆 形和逆V形 图11-5 铸锭产生 形和逆 形 偏析部位示意图
带状偏析常出现在铸锭或厚壁铸件中，有时是连 续的，有时则是间断的，偏析的带状总是和液-固 界面相平行。 带状偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在 溶质富集层且晶体生长速度发生变化的缘故。 层状偏析 焊缝凝固中的层状偏析与带状偏析机理相同。
正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析 的增大而增大。 正常偏析随着溶质偏析系数 的增大而增大 图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除， 偏析使铸件性能不均匀，也难以通过热处理消除，但
物质的结晶以及溶液的计算
②若将78克硝酸钾配成20℃时的饱和溶液，需水多少克?
解析：设配制350克20℃的硝酸钾的饱和溶液，需硝酸钾和水的质量分别为x和y。将78克硝酸钾配成20℃时的饱和溶液，需水质量为z
溶质溶剂溶液
24g 100g
x y350g
78g z
解得x=84g，y=266g。
16.已知硝酸钾在30℃时的溶解度为45.8克，求在30℃时配制100克硝酸钾饱和溶液，需要水和硝酸钾各多少克?
17．把200g蔗糖溶液完全蒸干后，共得到固体50g，求原溶液中溶质的质量分数。
18．欲配制溶质质量分数为30%的糖水250g，需50%的糖水多少克？
19．现有质量分数为98%的浓硫酸（密度为1.84g/mL）300mL,能配制质量分数为20%的稀硫酸（1.10g/mL）多少毫升？还需加入水多少毫升？
5、将100mL水（密度为1g/cm3）与100mL酒精（密度为0.81g/cm3）混合均匀，所得溶液这溶质的质量分数为
( )
A. 40% B. 50% C. 44.4% D.无法判断
6、将400g溶质质量分数20%的NaCl溶液稀释成溶质质量分数为16%的NaCl溶液，需加入水( )
A. 100g B. 200g C. 400g D. 800g
物质的结晶
1.结晶：晶体从溶液中析出的过程。
2.结晶有两种方法：
（1）蒸发溶剂法（蒸发结晶）：适用于溶解度受温度影响较小的固体从溶液中结晶。
（2）冷却热饱和溶液法（降温结晶）：根据不同物质在水中的溶解度随温度的变化而变化的原理。冷却其热的饱和溶液也叫冷却热饱和溶液法，适用于溶解度受温度影响大的固体从溶液中结晶，适用于陡升型物质的提纯.
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鲁一 Ｃ 一 ｏ 一
为便 于公式 推导 ， 令 一ａ 则 有 ，
一ａ Ｃｏ— ａ ＣＬ Ｋ。
在实 际作业 过程 中 ， 以采用一 种连续 结 晶的设 可 备 ， 提高 提纯 生产效 率 。连续结 晶设备 如图 １ 来 。
解 以上微分 方程 ， 得
将
一ａ代 回 ， 有
—
元 素 Ｍ 的提 纯 效果 进 行讨 论 分 析 ， 假设 提 纯 前 液相 溶 质元 素 Ｍ 的浓度 为 Ｃ ， 衡 分配 系数 为 Ｋ ， 晶 ０平 。结
过程 固相无 溶质 扩散 ， 液相完全 混合 均匀 。
ｃ 一 一 （ ｏ Ｃ
Ｃ］ Ｘ ［ ｏ ｅ ｐ
ｍｍ 为 宜 。
（ 检 查制 动系统 件和 管路 。更 换 故障件 。 ２ ）
（ 活 塞与 缸套 之 间润 滑不 良、 隙过 小 或 拉缸 ３ ） 间
（ 检查 并重新 调 整皮 带 松 紧程 度 ， 指 按 下 １ 均可导致 过 热 ， ４ ） 拇 Ｏ 遇该 情况 应检查 、 修复 或更换 失 效件 。 （ 检查 箱体铸 造 或加 工 存 在 的 缺 陷 （ 箱 体 安 ９ ５ ） 如 装处 回油 孔是 否畅通 ） 修 复或更 换缺 陷件 。 ，
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譬ＲＣ 譬Ｒｃ ｄ 一 ｄ ｔ ｏ ｔ 。
设尾 液排 出的速率为 Ｖ 则液相补加 的速率为 ： 伽，
Ｖｉ ｖ ＋ ａ Ｒ。 （ 转 ８ 页） 下 ９
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疆
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属
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过 高导致 油 封漏 油 或脱 落 ， 须 保 证 回油 管 最 小 管 必 配 合 尺寸 ， 不符 合标 准 的予 以更换 。
率 和 溶 质 平 衡 分 配 系数 等 因素 决 定 ， 得 出 了两 种情 况 的 固相 液 相 溶 质变 化 表 达 式 。 并
关 键 词 偏析法
提纯 溶质浓度
表达式
偏 析法 是一 种常用 的金属 提纯方 法 ， 用的是 合 利 金结 晶时 ， 质 成 分 在 固相 与 液 相 分 部遵 循 分 配 定 溶 律 ：ｓ ｏ 其 中 ｃ ｃ —Ｋ Ｃ ， ｓ为 固相 溶 质 浓 度 ， 为 液 相 Ｃ
维普资讯
８ ６
新
疆
有
色
金
属
增 刊
连 续 结 晶 成 分 偏 析 的 计 算
洪 涛
（ 疆众和股 份有 限公 司 鸟鲁 木 齐 ８ ０ １ ） 新 ３ ０ ３
摘 要 通过对金 属连续结晶时有无 尾液排出的情况 ， 分别对溶质元 素提纯效果的计算 ， 提出了固相溶 质浓度 由结晶速度 、 尾液排 出速
液相 溶质 浓度 为初 始 浓度 Ｃ 一Ｃ ， ｏ 固相 溶质 浓 度 为
ｃ —Ｋ。 Ｋ Ｃ ， ｓ Ｃ － 。 与无尾 液 排 出的情况相 同。 ｏ
体 积 Ｖ不 变 ， 持续补 加液体 金 属 ， 有 液相 溶质 浓度 则
变 化 ｄ 表达式 ： Ｃ
ｄ Ｌ —————弋 ——一 一 整 理后 ， 有
ｃ 一 一 （Ｋ。 － ｘ （ ａ Ｃ ｅ ｐ 一 Ｌ ａ ） ｌ ｐ 一 Ｋｏ ） ｘ （ ｅ ｔ （） ） １
Ｃ为常数 代 入边界 条件 ｔ ， ｏ ＝０ Ｃ 一Ｃ
Ｃ０ 一 （ Ｋ。 － ｘ （ ａ ｃ） ｘ （ ａ ｔ ａ ） ｌ ｐ 一 Ｋ。 ｅ ｐ 一 Ｋ。 ） ｅ
则 ：ａ 。 － ｐ 一ａ 。 ） Ｉ —Ｃ （Ｋ ） ｌｘ （ Ｋ ｃ 一 ｏ ｅ Ｊ ． ｏ
图 １ 连 续 结 晶 设 备
式 （） １ 写为 Ｃ － Ｃ ｏ
（ ｏ Ｃ
一 —
设熔 池体 积为 Ｖ， 晶器 为 圆形结 晶器 ， 径为 结 直
ｄ 结 晶速度 为 Ｒ。 ，
Ｃ ］ ｘ （ ａ ｔ ｏ ｅ ｐ 一 Ｋ。）
根 据连续 结 晶时有无 尾液 排 出， 以分别对 溶质 可
过 大应 同 时更 换 轴瓦及 油封 。
（ 运转部 位供 油不足 及拉缸 。 ３ ）
（ 进 气 卸 荷 时检 查 松 压 阀组 件 ， 卡 滞 的 清 洗 １ ） 有 或卡 滞 的要 清洗 修复或 更换失 效件 。
径 ， 且 不扭 曲、 折 弯 ， 并 不 回油 顺 畅 。检查 油 封 、 体 ８ ２ 故 障判断 与排除 方法 箱 ． （ 用 力 搬 动 主 轴检 查 颈 向间 隙是 否 过大 ， 隙 排 除或更换 失效 件 。排 气卸 荷 时 检 查 卸荷 阀有 堵 塞 ２ ） 间 （ 检 查 各 结合 部 密 封 垫 密封 情 况 ， 复 或更 换 ３ ） 修 密 封垫 ； 检查 进 、 回油接 头螺栓 及箱 体螺纹 并拧 紧 。
式 （） （） ２ 、３ 为液 相完 全 混 合 ， 熔池 内液 体 体 积保 持 为 Ｖ， 连续结 晶时 的液相 固相溶质 浓度 随 时间变化
在 无尾 液排 出的情 况下 ， 晶开始 时 刻 （一０） 的表达式 。 结 ｔ ，
２ 有 尾液 排 出的情 况
在有 尾液排 出 的情 况下 ， 晶开 始 时 刻 （ 一０ ， 结 ｔ ）
结 束 语
除以上 总 结外 ， 使 压缩 机 正 常运 行 ， 长其 使 为 延
８ 空压 机 过热
位 发烫 。 ８ １ 故 障原 因 ．
用 寿命 ， 定 期 维 护 严 格 按 随机 说 明书 制定 检 修 制 应
度， 压缩 机 的维修应 该是按计 划 ， 有步 骤进行 ， 并加 以 故障 现 象 主要 有 ： 空压 机 排气 温 度 过高 ； 转 部 不 断的 总结 ， 运 找出适 合 本企 业 机 组 的方 法 ， 信 会 达 相 到 满意 的效果 。
Ｋｏ ｔ ］
（） ２
（） ３
ｃ ＝ Ｃ － （ － Ｋｏ ｏ ｅ ｐ ｚ ￣ ｏ Ｃｏ Ｃ ） Ｘ Ｌ ｄ Ｒ ｔ ［ ￣ ］
１ 无 尾 液 排 出 的情况
液相 溶质浓度 为初 始 浓度 Ｃ 一Ｃ ， ｏ 固相溶 质 浓 度 为 ｃ —Ｋ Ｃ —Ｋ。 ｏ 结 晶开始后 ， 了保 持熔 池 内液体 ｓ 。Ｌ Ｃ； 为