化学成分的不均匀性

低碳钢焊缝中S的晶界偏析
1、微观偏析
（3）微观偏析的消除措施 • 固相线下100~200℃长时间扩散退 火（均匀化） • 热轧或热锻也可改善
2、宏观偏析
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宏观偏析为长程偏析，是发生于区域之间的 成分差别（区域偏析）。 ������ 液态金属沿枝晶间的流动对宏观偏析的产生 有着重要的影响。 ������ 焊接不易宏观偏析，熔池中有强烈的对流拌； 铸造宏观偏析严重 • 正常偏析（正偏析） •区域偏析 • 反偏析（逆偏析） • 比重偏析（重力偏) •层状偏析
1、微观偏析
（1）枝晶偏析 b. 影响因素 ������ 凝固时的冷却条件：冷速越大，过冷越大， 开始结晶温度越低，扩散能力越小；冷速很大， 液相中的扩散也受到抑制，发生无扩散结晶，偏 析程度反而减小。 ������ 合金元素：C促S、P偏析；焊 接比铸造偏 析程度小，可能与焊接冷速很大，液相中的扩散 受到抑制有关.
2、宏观偏析
（3）比重偏析 a. 机理 ������ •合金凝固时有初生相（过共晶或亚共晶），且 初生相和液相之间的比重差别较大（过共晶铸铁 石墨上浮） ������ •个别合金液相比重不同导致分层，凝固后比重 偏析（Cu-Pb合金上部富Cu） b. 防止措施 ������ •快速凝固 ������ •在合金中加入第三种能形成熔点较高、比重与 液相接近的化合物相，在凝固过程中首先从液相 中析出，形成树枝状骨架，阻止偏析相的沉浮
2、宏观偏析
（2）反偏析 ������ • 外层溶质元素含量反而高于内层的含量；
������ •不常见，易发生于凝固温度区间宽、凝固收 缩大、冷却缓慢、枝晶粗大、液体金属中含气量 较高等情况下。 ������ •机理：由于铸件表层枝晶间以及内部的低熔 点液体，在液体金属静压力和析出气体压力的作 用下，通过树枝晶之间收缩产生的空隙渗出到表 面，在表面形成的一种含有较多低熔点组元和杂 质的偏析层。
1、微观偏析
（2）晶界偏析 在树枝晶体之间（晶粒与晶 粒之间）最后凝固部分（即 晶界区）积累了更多的低熔 点组元和杂质元素 ������ 晶界偏析的程度比晶内偏析 更为严重，有时在晶界上还 会出现一些不平衡的第二 相，如低熔点共晶体 ������ 产生的原因与枝晶偏析相同 ������ 塑性和韧性降低、增加热裂 倾向、降低耐腐蚀性能等
3.焊接接头中熔合区的化学成 分不均匀性
•熔合区是焊接接头中的薄弱之处. •固液界面附近的溶质浓度的分布与该元素 的扩散系数和分布系数有关. •由于焊接熔合区化学成分的不均匀性,致 使组织和性能不均匀性.焊接熔合区的质 量问题应给以应有的关注.
熔合区中S的分布(E=11.76kJ/cm)
Hale Waihona Puke Baidu
低碳钢与奥氏体焊缝(Cr23Ni13)熔合区元素的分布(质量分数E=23.94kJ/cm)
第十五章化学成分的不均匀性
1.微观偏析 2.宏观偏析 3.焊接接头中熔合区的化学成分的不均匀 性
1、微观偏析
• 微观偏析--短程偏析，是不平衡凝固造的； • 微观偏析--晶粒内部或晶界等微区内成分不 均匀现象。 1• 枝晶偏析 2• 晶界偏析
1、微观偏析
（1）枝晶偏析 a. 机理 ������ 结晶时冷速较大，扩散来不及，先结晶 富高熔点组元，导致树枝晶内部成分不均 匀. b. 影响因素 ������ 合金相图的形状：垂直、水平距离大偏 析严重，垂直比水平影响更大（结晶温度 低扩散慢） ������ 原子的扩散能力：扩散能力差，更易偏
2、宏观偏析
(4) 区域偏析 焊接时,柱状晶成长过快,溶质或杂质在 中心富集,凝固后在焊缝中心线附近出现严 重偏析.
2、宏观偏析
(5)层状偏析 焊接时,由于热的周期性作用,急冷与急 热的交替作用,致使结晶过程发生周期性变 化而造成化学成分的不均匀.
2、宏观偏析
（4）宏观偏析的消除 • 扩散退火无效 • 改善加工工艺
2、宏观偏析
（1）正偏析 ������ •铸件外层纯度高、溶质含量 低，内部溶质含量高、杂质 集中的区域偏析为正常偏析 ������ •机理：冷速较慢，低熔点组 元充分向内部聚集 ������ •危害：铸件性能不均匀；但 可借此对金属提纯 ������ •防止：扩散退火无效，提高 冷速有效， 如降低浇注温 度、加速铸件凝固