第十一章答案

第11章凝固缺陷及控制

1.何谓枝晶偏析、晶界偏析、正偏析、负偏析、正常偏析、逆偏析和重力偏析？

答：枝晶偏析，又称晶内偏析，是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象，常产生于具有结晶温度范围、能够形成固溶体的合金中。对于溶质分配系数k0<1的固溶体合金，晶粒内先结晶部分含溶质较少，后结晶部分含溶质较多。这种成分不均匀性就是晶内偏析。固溶体合金按树枝晶方式生长时，先结晶的枝干与后结晶的分枝也存在着成分差异，因此又称为枝晶偏析。

晶界偏析：在合金凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物常富集于晶界，使晶界与晶内的化学成分出现差异，这种成分不均匀现象称为晶界偏析。

正偏析与负偏析：根据合金各部位的溶质浓度Cs与合金原始平均浓度C0的偏离情况分，凡Cs＞C0者，称为正偏析；Cs＜C0者，称为负偏析。

正常偏析：当合金的溶质分配系数k0<1时，凝固界面的液相中将有一部分溶质被排出，随着温度的降低，溶质的浓度将逐渐增加，越是后来结晶的固相，溶质浓度越高。当k0>1时则与此相反，越是后来结晶的固相，溶质浓度越低。按照溶质再分配规律，这些都是正常现象，故称之为正常偏析。

逆偏析：铸件凝固后常出现与正常偏析相反的情况，即k0<1时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部位或上部含溶质较少，这种现象称为逆偏析。

重力偏析：重力偏析是由于重力作用而出现的化学不均匀现象，通常产生于金属凝固前和刚刚开始凝固之际。当共存的液体和固体或互不相溶的液相之间存在密度差时，将会产生重力偏析。

2、简述凝固裂纹的形成机理及防止措施。

答：（1）凝固裂纹的形成机理

金属在凝固过程中要经历液-固状态和固-液状态两个阶段，在温度较高的液-固阶段，晶体数量较少，相邻晶体间不发生接触，液态金属可在晶体间自由流动，此时金属的变形主要由液体承担，已凝固的晶体只作少量的相互位移，其形状基本不变。随着温度的降低，晶体不断增多且不断长大。进入固-液阶段后，多数液态金属已凝固成晶体，此时塑性变形的基本特点是晶体间的相互移动，晶体本身也会发生一些变形。当晶体交替长合构成枝晶骨架时，残留的少量液体尤其是低熔共晶，便以薄膜形式存在于晶体之间，且难以自由流动。由于液态薄膜抗变形阻力小，形变将集中于液膜所在的晶间，使之成为薄弱环节。此时若存在足够

大的拉伸应力，则在晶体发生塑性变形之前，液膜所在晶界就会优先开裂，最终形成凝固裂纹。

（2）凝固裂纹的防止措施

A 冶金措施：1）限制有害杂质2）微合金化和变质处理3）改进铸钢的脱氧工艺4）改善金属组织5）利用“愈合”作用

B 工艺措施

●焊接工艺措施

1）适当降低热输入，避免熔池过热。热输入较大时，易形成粗大的柱状晶，增加偏析程度，同时晶界上低熔点共晶熔化较严重，焊接应力也较大。因此凝固裂纹和液化裂纹形成倾向大。

2）针对不同的焊接方法和接头型式，合理调整焊接工艺参数，获得合适的焊缝成形系数。适当增加成形系数，使低熔点共晶聚集在焊缝上部，与焊缝收缩应力成一定角度，有利于防止凝固裂纹的产生。

3）焊缝凹进部位过热严重，易形成液化裂纹，凹度d越大，裂纹倾向越大。控制凹度使d＜1mm，可减少液化裂纹倾向。

4）在接头设计和装焊顺序方面，应尽量降低接头的刚度或拘束度，尽可能使大多数焊缝在较小刚度条件下焊接，以改善焊接接头的应力状态。

●铸造工艺措施

1）减小铸件的收缩应力，如增加铸型和型芯的退让性，预热铸型，在铸型和型芯表面刷涂料等，可降低热裂倾向。

2）改进浇注方法，设置合理的浇道数量，控制浇注速度等，以控制铸件的冷却速度，使铸件各部分的温度相对均匀。

3）设计合理的铸件结构，避免直角或十字交叉的截面。必要时设置防裂肋，在两壁相交部位采用冷铁加速热节的冷却等，也是防止铸件热裂的重要措施