铝合金车轮偏析分析2017.12.6

铝合金车轮偏析分析

1.偏析分类及原理

偏析是指在结晶过程中发生化学成分的不均匀现象。根据偏析的分布特点可分为微观偏析和宏观偏析。微观偏析分为晶内偏析和晶界偏析。宏观偏析又称谓区域偏析，分为正常偏析、逆偏析和比重偏析。

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。晶内偏析是一种不平衡状态，如

果能使溶质充分扩散即可消除，把铸件加热到低于固相线100-200℃，长时间保温则可减轻或消除晶内偏析。

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。晶界偏析的预防和消除方法同晶内偏析所采用的

措施相同，即细化经历和均匀化退火。

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。正常偏析使铸件性能不均匀，严重

时会使铸件在使用中皮怀，因为应尽量减少这种偏析。这种偏析不

能通过扩散退火来消除，只能采取一些适当的浇注工艺措施来加以

控制，如降低浇注温度和加速铸件凝固等。

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.车轮偏析分析 编号 从缺陷产品轮辐根部位置二次枝晶和晶粒度观察，贴近底模位置，二次枝晶和晶粒度细小，中间位置较大，靠近顶模位置稍大，且表面细化层较薄（此位置冷却不足）。

铝合金车轮在热节处易出现Si 元素偏析现象。横截面积大，合金顺序凝固时，α相首先形核长大，铝液中的Al 减少，使液相中的硅富集，浓度升高，在厚大断面的冷却速率较慢。温度稍高于其相邻部位，形成热节。当周围液相凝固收缩时，热节部位仍未液相，提供补缩的同时，硅富集的液相，就会流向热节的部位，导致此部1 2 3

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位出现严重的共晶硅偏析。由于靠近顶模位置冷却速率较低，细化层较薄，造成缩松缺陷后，中间部位的共晶硅相处于液态或半凝固态，导致共晶硅相填充道此部分缩松位置，形成大面积的共晶相偏析。

3.措施

缩松缺陷一般与铝液温度、充型速度、保压压力和顺序凝固条件有关。

1）在保证铝液充型完全的前提下，适当降低铝液的温度，减少铝合金凝固时的收缩量。

2）压铸过程中铝液充型结束后适当增加保压压力，可提高铝液的补缩能力。

3）合理控制冷却系统，起到消除热节，保证顺序凝固不被打乱，提高铸件致密度的同时缩短铸造周期，加大厚大部位的冷却速率（贴近顶模部位）。