偏析
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2012年5月29日3时0分 21 河北工业大学**材料加工工程
3.3、重力偏析
• 3.3.1重力偏析的形貌特征
1. 重力偏析产生在铸件凝固之前或刚刚开始凝固之际。绝大多数 的合金，固相密度较液相大，所以初生晶总要下沉，所谓的 “结晶雨”即指此而言，从而使铸锭上部和下部的化学成分不 同。 2.铸件在凝固过程中，固液两相区内的液体存在密度差，在重力 作用下，发生向上或向下流动，也形成重力偏析。 3.在其它条件相同时，固液相之间或互不相溶的液体之间的密度 差越大，则重力偏析越严重。
枝 晶 偏 析
铸钢组织也呈树枝状，其中先结 晶的枝杆中心含碳量较低，后结晶出 的分枝含碳量较高，枝晶间含碳量更 高 图6-5表示用电子探针所测定低 合金钢溶液中生成的树枝状晶各截面 得溶质等浓度线。从中可以清楚看出 溶质在一次分枝、二次分枝以及晶内 的分部。
• 2.1.2对于晶内偏析的改善措施
• 为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措 施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注温度，延 缓冷却速度，以延长原子扩散时间但浇注温度不得过 高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸 件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长则间的扩散退 火热处理，以求得到改善的目的。
失效分析
——偏析
一.偏析的基本概念
• 合金在冷凝过程中，由于某些因素导致的化学 成分不一致称为偏析
二.偏析的分类
• 对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有一种主要型式，但 有时，由于铸造条件的影响，几种偏析也可能同时出现。
晶内偏析
｛
区域偏析 比重偏析
2.1晶内偏析
• 2.1.1晶内偏析的概念及特征 • 晶内偏析，又称树枝状源自文库偏析，简称枝晶 偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成 分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较 高的成分多。如锡青铜在晶粒轴线上往往含铜 较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是 晶内偏析。
典型的枝晶偏析
典型的枝晶偏析
3.2区域偏析
• 3.2.1区域偏析的形貌特征
钢锭中的带状偏析按其分布特征，可分为Λ 型偏析（倒V型偏析）和V型偏析两种
2012年5月29日3时0分
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河北工业大学**材料加工工程
大野认为，铸锭在凝 固过程中，由于结晶 堆积层的中央下部收 缩下沉； 而上部不能同时下沉， 就会在堆积层上方产 生V形裂缝，V形裂缝 被低熔点的溶质填充， 便形成V形偏析
• 2.2.3区域偏析的预防 及消除
• 对于区域偏析，不能以均匀化扩散
退火去消除，因为偏析区域较广， 要求偏析元素的扩散距离较长，在 实用的退火温度和时间内不可能均 匀扩散。故应以预防为主的原则加 以避免。为此，第一，要正确选择 合金；第二，要有合理的铸件结构 如避免肥厚断面以防止硅黄铜铸件 出现区域偏析；第三，要正确控制 冷却速度如使冷却速度很慢，结晶 过程按稳定系统进行；或使冷却速 度很快，整个结晶过程在很短时间 内完成
2.3比重偏析
• 2.3.1比重偏析的概念 • 由于合金中两组元比重不同，而在同一铸件中 出现上下部分成分不一致的现象，即比重偏析。 出现这种偏析时，铸件上部合金中某一成分较 多，而下部另一成分较多。
• 2.3.2比重偏析的形成原因及条件
• 比重偏析的形成情况有所不同。有的是因为合金中两组元在液 态下互不相溶如钢铅合金，当合金液放置过久时，便形成互不 渗合的分层，比重大的合金组元沉在下面，而比重小的浮在上 面；有的是因为在搅拌不均的情况下，当合金进行选择凝固时， 在生长着的晶体四周，所形成的含合金元素较多的液体，由于 比重与母液不同而上浮或下沉；有的是治因为先形成的含合金 元素较少的晶体，由于比重与母液不同而上浮或下沉。如果初 晶形状简单，分叉很少，则使比重偏析很易发生。轴承合金中， 铅基或锡基巴氏合金最易产生这后一类偏析 • 铸件的凝固方向对比重偏析影响很大。如果凝固次序是 向下而上，则对于初生晶体比重较大的合金来说，其中比重较 小的低熔点相很容易上浮，加剧比重偏析；反之，初生晶体比 重较小时，则会减轻比重偏析。
• 2.3.3比重偏析的预防及消除 • 对于易产生比重偏析的合金，必须采取措施， 防止缺陷的形成。通常的做法是：认真控制熔 炼工艺，尤其在熔炼中和浇注前要充分搅匀； 尽量减少合金液放置时间；加入某种合金元素， 改变初晶形状；加大冷却速度如在冷水喷射器 冷却下，浇注铅青铜轴瓦；合理控制铸件凝固 方向等
三.成分偏析的形貌特征
3.1、枝晶偏析
• 3.1.1枝晶偏析的形貌特征 • 又命晶内偏析，是由于固溶体晶粒内部化学成 分不均匀所致。结晶温度间隔大的固溶体类合 金，按树枝方式结晶时，先结晶的主干比后结 晶的枝干及枝干间化学成分不均一。 • 例如，铸钢树枝晶的主干含碳量较低，枝干含 碳量较高，枝干间含碳量更高
• 2.1.1铸件内产生晶内偏析的条件
• 1.合金的凝固有一定的温度范围 • 2.合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速 度 • 归纳为一般的情况下，合金的凝固温度范围愈大， 铸件结晶及冷却速度愈快，则原子扩散愈难于进行完 全，晶内偏析现象愈严重。因此，晶内偏析多产生于 凝固温度范围较大，能形成固熔体的合金中
2012年5月29日3时0分 20 河北工业大学**材料加工工程
铃木：逆V形偏析的形 成是由于密度小、溶 质浓度高的金属液沿 固-液界面上升所引起 的。 另一种看法是，当铸 锭中央部分在凝固过 程中下沉时，侧面向 斜下方产生拉力，在 其上部形成逆V形裂缝， 且被低熔点溶液所填 充，形成逆V形偏析。
2.2区域偏析
• 2.2.1区域偏析的概念及特征
• 区域偏析，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不 一致的现象，它主要由于合金进行选择凝固所引起的。 区域偏析可分为正向和逆向偏析.正向偏析是熔点较低 的成分或合金元素熔质集中在铸件的中心和上部，其 含量从铸件边缘至中心逐渐增加。逆向偏析则相反， 熔点较低的成分或合金元素熔质集聚在铸件边缘。如
在铜合金中，硅黄铜易出现正向偏析现象，即 铸件中心含硅较多；锡青铜则易产生逆向偏析 现象，即铸件表面层含锡较多。
• 2.2.2产生区域偏析的基本原因
• 合金在一定温度范围内结晶，是产生区域偏析的基本 原因。当凝固温度范围较小时，一般倾向产生正向偏 析；当凝固温度范围较大时，树枝状晶又很发达时， 较易产生逆向偏析。铸件表面常出现的一种含熔质元 素较多的“汗珠”、“偏析疤”，是一种逆向偏析现 象，如锡青铜铸件表面的“锡汗”就是这种情形。这 是当合金表面形成一层硬壳以后，或因内部合金液析 出气体的压力作用，或因硬壳的固态收缩承受不了内 部合金液的静压力的作用，或因铸件本身产生热应力 等缘故而使其硬壳断裂，未凝固的液体含熔质较多， 熔点较低流出硬壳以外并表现在铸件表面的结果。
3.3、重力偏析
• 3.3.1重力偏析的形貌特征
1. 重力偏析产生在铸件凝固之前或刚刚开始凝固之际。绝大多数 的合金，固相密度较液相大，所以初生晶总要下沉，所谓的 “结晶雨”即指此而言，从而使铸锭上部和下部的化学成分不 同。 2.铸件在凝固过程中，固液两相区内的液体存在密度差，在重力 作用下，发生向上或向下流动，也形成重力偏析。 3.在其它条件相同时，固液相之间或互不相溶的液体之间的密度 差越大，则重力偏析越严重。
枝 晶 偏 析
铸钢组织也呈树枝状，其中先结 晶的枝杆中心含碳量较低，后结晶出 的分枝含碳量较高，枝晶间含碳量更 高 图6-5表示用电子探针所测定低 合金钢溶液中生成的树枝状晶各截面 得溶质等浓度线。从中可以清楚看出 溶质在一次分枝、二次分枝以及晶内 的分部。
• 2.1.2对于晶内偏析的改善措施
• 为了防止某些合金的晶内偏析，可以采取细化晶粒措 施，以缩短原子扩散距离；或适当提高浇注温度，延 缓冷却速度，以延长原子扩散时间但浇注温度不得过 高，否则会造成氧化、吸气、晶粒粗大等弊病。当铸 件内已存在晶内偏析时，可考虑采用长则间的扩散退 火热处理，以求得到改善的目的。
失效分析
——偏析
一.偏析的基本概念
• 合金在冷凝过程中，由于某些因素导致的化学 成分不一致称为偏析
二.偏析的分类
• 对于某一种合金而言，所产生的偏析往往有一种主要型式，但 有时，由于铸造条件的影响，几种偏析也可能同时出现。
晶内偏析
｛
区域偏析 比重偏析
2.1晶内偏析
• 2.1.1晶内偏析的概念及特征 • 晶内偏析，又称树枝状源自文库偏析，简称枝晶 偏析。其特征是同一个晶粒内，各部分化学成 分不一致，并且往往在初晶轴线上含有熔点较 高的成分多。如锡青铜在晶粒轴线上往往含铜 较多，含锡较少，而枝晶边缘则相反，这就是 晶内偏析。
典型的枝晶偏析
典型的枝晶偏析
3.2区域偏析
• 3.2.1区域偏析的形貌特征
钢锭中的带状偏析按其分布特征，可分为Λ 型偏析（倒V型偏析）和V型偏析两种
2012年5月29日3时0分
19
河北工业大学**材料加工工程
大野认为，铸锭在凝 固过程中，由于结晶 堆积层的中央下部收 缩下沉； 而上部不能同时下沉， 就会在堆积层上方产 生V形裂缝，V形裂缝 被低熔点的溶质填充， 便形成V形偏析
• 2.2.3区域偏析的预防 及消除
• 对于区域偏析，不能以均匀化扩散
退火去消除，因为偏析区域较广， 要求偏析元素的扩散距离较长，在 实用的退火温度和时间内不可能均 匀扩散。故应以预防为主的原则加 以避免。为此，第一，要正确选择 合金；第二，要有合理的铸件结构 如避免肥厚断面以防止硅黄铜铸件 出现区域偏析；第三，要正确控制 冷却速度如使冷却速度很慢，结晶 过程按稳定系统进行；或使冷却速 度很快，整个结晶过程在很短时间 内完成
2.3比重偏析
• 2.3.1比重偏析的概念 • 由于合金中两组元比重不同，而在同一铸件中 出现上下部分成分不一致的现象，即比重偏析。 出现这种偏析时，铸件上部合金中某一成分较 多，而下部另一成分较多。
• 2.3.2比重偏析的形成原因及条件
• 比重偏析的形成情况有所不同。有的是因为合金中两组元在液 态下互不相溶如钢铅合金，当合金液放置过久时，便形成互不 渗合的分层，比重大的合金组元沉在下面，而比重小的浮在上 面；有的是因为在搅拌不均的情况下，当合金进行选择凝固时， 在生长着的晶体四周，所形成的含合金元素较多的液体，由于 比重与母液不同而上浮或下沉；有的是治因为先形成的含合金 元素较少的晶体，由于比重与母液不同而上浮或下沉。如果初 晶形状简单，分叉很少，则使比重偏析很易发生。轴承合金中， 铅基或锡基巴氏合金最易产生这后一类偏析 • 铸件的凝固方向对比重偏析影响很大。如果凝固次序是 向下而上，则对于初生晶体比重较大的合金来说，其中比重较 小的低熔点相很容易上浮，加剧比重偏析；反之，初生晶体比 重较小时，则会减轻比重偏析。
• 2.3.3比重偏析的预防及消除 • 对于易产生比重偏析的合金，必须采取措施， 防止缺陷的形成。通常的做法是：认真控制熔 炼工艺，尤其在熔炼中和浇注前要充分搅匀； 尽量减少合金液放置时间；加入某种合金元素， 改变初晶形状；加大冷却速度如在冷水喷射器 冷却下，浇注铅青铜轴瓦；合理控制铸件凝固 方向等
三.成分偏析的形貌特征
3.1、枝晶偏析
• 3.1.1枝晶偏析的形貌特征 • 又命晶内偏析，是由于固溶体晶粒内部化学成 分不均匀所致。结晶温度间隔大的固溶体类合 金，按树枝方式结晶时，先结晶的主干比后结 晶的枝干及枝干间化学成分不均一。 • 例如，铸钢树枝晶的主干含碳量较低，枝干含 碳量较高，枝干间含碳量更高
• 2.1.1铸件内产生晶内偏析的条件
• 1.合金的凝固有一定的温度范围 • 2.合金结晶凝固过程中原子扩散速度小于结晶生长速 度 • 归纳为一般的情况下，合金的凝固温度范围愈大， 铸件结晶及冷却速度愈快，则原子扩散愈难于进行完 全，晶内偏析现象愈严重。因此，晶内偏析多产生于 凝固温度范围较大，能形成固熔体的合金中
2012年5月29日3时0分 20 河北工业大学**材料加工工程
铃木：逆V形偏析的形 成是由于密度小、溶 质浓度高的金属液沿 固-液界面上升所引起 的。 另一种看法是，当铸 锭中央部分在凝固过 程中下沉时，侧面向 斜下方产生拉力，在 其上部形成逆V形裂缝， 且被低熔点溶液所填 充，形成逆V形偏析。
2.2区域偏析
• 2.2.1区域偏析的概念及特征
• 区域偏析，即在整个铸件断面上，各部分化学成分不 一致的现象，它主要由于合金进行选择凝固所引起的。 区域偏析可分为正向和逆向偏析.正向偏析是熔点较低 的成分或合金元素熔质集中在铸件的中心和上部，其 含量从铸件边缘至中心逐渐增加。逆向偏析则相反， 熔点较低的成分或合金元素熔质集聚在铸件边缘。如
在铜合金中，硅黄铜易出现正向偏析现象，即 铸件中心含硅较多；锡青铜则易产生逆向偏析 现象，即铸件表面层含锡较多。
• 2.2.2产生区域偏析的基本原因
• 合金在一定温度范围内结晶，是产生区域偏析的基本 原因。当凝固温度范围较小时，一般倾向产生正向偏 析；当凝固温度范围较大时，树枝状晶又很发达时， 较易产生逆向偏析。铸件表面常出现的一种含熔质元 素较多的“汗珠”、“偏析疤”，是一种逆向偏析现 象，如锡青铜铸件表面的“锡汗”就是这种情形。这 是当合金表面形成一层硬壳以后，或因内部合金液析 出气体的压力作用，或因硬壳的固态收缩承受不了内 部合金液的静压力的作用，或因铸件本身产生热应力 等缘故而使其硬壳断裂，未凝固的液体含熔质较多， 熔点较低流出硬壳以外并表现在铸件表面的结果。