焊接中合金中的成分偏析

一、微观偏析
微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学
成分不均匀现象，按位置不同可分为：
晶内偏析（枝晶偏析） 晶界偏析 微观偏析的影响因素与消除措施
1、晶内偏析
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。
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，又称为枝 晶偏析。
0.94
0.90
0.87
0.74 0.62 0.53 0.51 0.86 0.65 0.35 0.34
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
偏正析常使偏铸析件随性着能溶不图质均1偏1匀-析3，系也单数难向|1以凝-k通固0|的过时增热铸大处棒而理内增消溶大除质。，的但但分对可布于以偏利析用系溶数质较的大正 常的a偏－合析平金现衡，象凝当对固溶金质属含b进－量行液较提相高纯只时精有，炼扩合。散金倾c向－于液体相积完凝全固混，合宏观d偏－析液反相而部减分轻混。合
由当于铸密锭度中的央差部异分，在 先凝凝固固下部沉分时结，晶侧沉面 淀向，斜在下铸方锭产的生下拉半应 部力形，成在低其于上平部均形成成 分逆的V形负裂偏缝析，区并，被上 部富则含形溶成质高的于液平相均所 成填分充的，正最偏终析形区成。逆 V形偏析带。
铸锭的宏观 偏析分布示意图
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。
焊缝凝固中的层状偏析与带状偏析机理相同。
层状偏析
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
熔合线
硫
的
浓
度
母材
焊缝
wS / %
熔熔合合区区是的母化材学与熔成池分图的1不1界-9均面熔匀，合程T区m度温中与度硫焊下的由分接于布规S范、P有等关杂,质大元的素焊在接固相 线中转的移能平，量注衡在：会含界上使量面面不远前数低沿均字于 的匀E液 液=程1相 相1.度7， 中6k加造 形J/成成剧cm杂近(见质界图下元面中面素部三数富位组字集母数E层材=据2，中3中.随的94的后kS下J、快/c行Pm速)向凝焊固缝。中
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
偏析系数 |1－k0|
2、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。
晶界偏析比晶内偏析的危
害更大，既能降低合金的
塑性与高温性能，又增加
热裂纹倾向。
Ni-25% Cu合金快凝后的树枝状偏析
晶粒并排生长，晶 界平行于晶体生长 方向，晶界与液相 的接触处存在凹槽， 溶质原子在此处富 集，凝固后就形成 了晶界偏析。
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
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。
增碳层 脱碳层
wC %
焊缝金属
x1
x2
母材金属
－x
实际熔合线
x
异种钢接头焊材一般采用高韧性的奥氏体焊材，由于焊缝富含碳化物形成
元素，故结碳构在钢其与内的不活锈度钢远异低种于碳钢钢接母头材熔，合在焊区后中加碳热的过分程中布，示固意溶图在碳钢
HAZ中的碳易向焊缝中扩散，在熔合线两侧分别形成增碳区和脱碳区。
晶粒相对生长，在对合 处彼此相遇。晶粒结晶时 所排出的溶质（k0＜1） 和其他杂质元素在固-液界 面前沿富积，在最后凝固 的晶界对合部位将含有较 多的溶质和其他低熔点物 质，造成晶界偏析。
微观偏析的影响因素与消除措施来自百度文库
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）
第一节 合金中的成分偏析
什么叫偏析？
合金在凝固过程中发生的化学 成分不均匀现象称为偏析
为什么会出现偏析？ 偏析是合金在凝固过程中由于
溶质再分配和扩散不充分引起的
偏析的利弊？ 偏析对合金的力学性能、抗裂性能及
耐腐蚀性能等有程度不同的损害。但利 用偏析现象可以净化或提纯金属等。
偏析的分类
一、微观偏析 二、宏观偏析 三、焊接熔合区的化学成分不均匀
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
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