第7章 铸件的化学成分不均匀性
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
wk.baidu.com
一般地说, 一般地说,熔体在结晶前的初始温度是不均 匀的.冷端的熔体结晶速率较大, 匀的.冷端的熔体结晶速率较大,而热端的熔 体结晶速率较小.前者未结晶的液相较少, 体结晶速率较小.前者未结晶的液相较少,而 后者未结晶的液相较多. 后者未结晶的液相较多.
冷端未结晶液相中的溶质平均浓度高于热端 当枝晶之间的液相流动时, (k0<1).当枝晶之间的液相流动时,若从 热端流向冷端, 热端流向冷端,即从溶质含量较低的区域流向 溶质含量较高的区域, 溶质含量较高的区域,使该区的固相平均成分 C 降低,产生负偏析;反之,若液体由冷端流 降低,产生负偏析 反之, 负偏析; 向热端, 升高,则该处将形成正偏析 正偏析. 向热端,使 C 升高,则该处将形成正偏析.
7.2宏观偏析 7.2宏观偏析 宏观偏析,又称长程偏析或区域偏析, 宏观偏析,又称长程偏析或区域偏析,是指较 长程偏析 大尺寸范围内的化学成分不均匀现象.按其表现 大尺寸范围内的化学成分不均匀现象. 形式可分为三种基本类型: 形式可分为三种基本类型: 正常偏析(正偏析) 正常偏析(正偏析) 反偏析) 逆偏析 (反偏析) 比重偏析(重力偏析) 比重偏析(重力偏析)
预防与消除措施: 预防与消除措施: 晶内偏析是一种不平衡状态,如果能使溶质充 晶内偏析是一种不平衡状态, 分扩散即可消除.把铸件加热到低于固相线100 分扩散即可消除.把铸件加热到低于固相线100 200℃,长期保温,即进行扩散退火 扩散退火则可减轻 ～200℃,长期保温,即进行扩散退火则可减轻 或消除晶内偏析. 或消除晶内偏析.
单相凝固时的铸棒内的溶质分布
正常偏析随着溶质偏析系数 1 k 0 的增大而增大 .但对于偏析系数较大的合金,当溶质含量较高 但对于偏析系数较大的合金, 合金倾向于体积凝固,正常偏析反而减轻, 时,合金倾向于体积凝固,正常偏析反而减轻, 甚至不产生正常偏析. 甚至不产生正常偏析.
正常偏析的危害: 正常偏析的危害: 偏析的危害 正常偏析使铸件性能不均匀, 正常偏析使铸件性能不均匀,严重时会使铸件 在使用中破坏.因此,应尽量减少这种偏析. 在使用中破坏.因此,应尽量减少这种偏析. 减少正常偏析的措施 偏析的措施: 减少正常偏析的措施: 这种偏析不能通过扩散退火来消除 不能通过扩散退火来消除, 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, 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. 注温度和加速铸件凝固等.
7.1微观偏析 7.1微观偏析 微观偏析,又称短程偏析,是指微小范围( 微观偏析,又称短程偏析,是指微小范围(约 一个晶粒范围)内的化学成分不均匀现象, 一个晶粒范围)内的化学成分不均匀现象,一般 在一个晶粒尺寸范围左右. 在一个晶粒尺寸范围左右.按位置不同可分为 晶内偏析(枝晶偏析) 晶内偏析(枝晶偏析) 晶界偏析
7.1.1晶内偏析(枝晶偏析) 7.1.1晶内偏析(枝晶偏析) 晶内偏析 在常规的铸件条件下, 在常规的铸件条件下,合金是按照非平衡的结 晶过程结晶的. 的合金, 晶过程结晶的.对于溶质分配系数 k 0< 1 的合金, 晶粒中心与主干部分由于最先结晶, 晶粒中心与主干部分由于最先结晶,因此溶质含 量最低,而分枝之间为晶粒外层部分, 量最低,而分枝之间为晶粒外层部分,是后结晶 部分,溶质含量逐次增多. 部分,溶质含量逐次增多.这样就使得整个晶粒 在内外层之间存在着成分得差异. 在内外层之间存在着成分得差异.
2,晶粒相碰形成的晶界偏析
两晶粒对面生长
如图所示,两个晶粒相对生长, 如图所示,两个晶粒相对生长,彼此相遇而形 晶界.两个晶粒结晶时所排出的溶质( 成晶界.两个晶粒结晶时所排出的溶质(k0<1) 就富集在晶界上.这样, 就富集在晶界上.这样,在最后凝固的晶界部分 将含有较多的溶质和其他低熔点物质, 将含有较多的溶质和其他低熔点物质,从而造成 晶界偏析.合金在凝固过程按柱状晶生长时, 晶界偏析.合金在凝固过程按柱状晶生长时,柱 状晶界面之间有着明显的晶界偏析. 状晶界面之间有着明显的晶界偏析.
S
晶内偏析的量化指标通常采用偏析比 表示, 晶内偏析的量化指标通常采用偏析比 S R 表示, 所谓偏析比是指晶内最高溶质浓度 C max与最低溶 之比值, 质浓度 C 之比值,即:
min
C max SR = C min
S R 值越大,表示偏析越严重. 值越大,表示偏析越严重.
冷却速度对枝晶偏析也有重要的影响, 冷却速度对枝晶偏析也有重要的影响,在其他 对枝晶偏析也有重要的影响 条件相同时,冷却速度越大,过冷越大, 条件相同时,冷却速度越大,过冷越大,开始结 晶的温度越低,原子的扩散能力越小, 晶的温度越低,原子的扩散能力越小,溶质扩散 越不充分,枝晶偏析就越严重; 越不充分,枝晶偏析就越严重;但当冷却速度大 到一定程度后,随着冷却速度的增加, 到一定程度后,随着冷却速度的增加,枝晶偏析 的程度反而有所减小,甚至消除. 的程度反而有所减小,甚至消除.
铸件断面宏观偏析与合金的结晶特点有密切的 关系,多数合金结晶后, 关系,多数合金结晶后,铸件断面往往形成三个 结晶区:外层是细晶粒区,接着是柱状晶区, 结晶区:外层是细晶粒区,接着是柱状晶区,中 心部分是粗等轴晶区.以厚壁铸钢件为例, 心部分是粗等轴晶区.以厚壁铸钢件为例,C,S, 的偏析规律与铸钢的结晶特点有着内在联系, P的偏析规律与铸钢的结晶特点有着内在联系, 如图7 所示. 如图7-5所示.
* S
* C S = k 0 C 0 (1
fS ) 1 + αk 0
α = DS
2τ
λ
讨论: 讨论: D τ 影响枝晶偏析的主要因素是 影响枝晶偏析的主要因素是 k 0 , S , 和 λ . 偏离越远, 越小,则偏析越严重. 若 k 0 与1偏离越远,或 D 越小,则偏析越严重. 通常用 1 k0 值定性地衡量枝晶偏析的程度. 值定性地衡量枝晶偏析的程度. 越大,偏析就越严重. 称为偏析系数 偏析系数. 越大,偏析就越严重.1 k0 称为偏析系数.P, 等元素在Fe中的偏析系数分别为0.94 Fe中的偏析系数分别为0.94, S,B,C等元素在Fe中的偏析系数分别为0.94, 0.90,0.87,0.74, 0.90,0.87,0.74,这几种元素往往容易在钢 中产生偏析. 中产生偏析.
7.1.2晶界偏析 7.1.2晶界偏析 在许多情况下,晶粒内部偏析并不明显, 在许多情况下,晶粒内部偏析并不明显,而晶 界偏析却十分明显. 界偏析却十分明显. 铸件在结晶过程中, 铸件在结晶过程中,产生晶界偏析的情况有以 下两种: 下两种:
1,晶界位置与晶粒生长方向平行
两晶粒并排生长
两个晶粒并排生长,晶界平行于生长方向, 两个晶粒并排生长,晶界平行于生长方向,由 于表面张力平衡条件的要求, 于表面张力平衡条件的要求,在晶界与液相的接 触处出现凹槽 深度可到10 cm, 凹槽, 触处出现凹槽,深度可到10-8cm,此处有利于溶 质原子的富集,凝固后就形成了晶界偏析 晶界偏析. 质原子的富集,凝固后就形成了晶界偏析.
S
s
7.2.1正常偏析 7.2.1正常偏析 铸件的凝固总是由外层逐渐向中心推进, 铸件的凝固总是由外层逐渐向中心推进,对于 溶质分配系数k 的合金, 溶质分配系数k0<1的合金,先凝固的区域的溶 质浓度低于后凝固的区域,对于k 的合金, 质浓度低于后凝固的区域,对于k0>1的合金, 则与此相反,越是后来结晶的固相, 则与此相反,越是后来结晶的固相,溶质浓度越 按照溶质再分配规律,这些都是正常现象, 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. 故称之为正常偏析.
第7章
铸件的化学成分 不均匀性
偏析: 偏析:在结晶过程中发生化学成分的不均匀现 象称为偏析.根据偏析的分布特点可分为: 象称为偏析.根据偏析的分布特点可分为: 偏析 微观偏析 晶内偏析 晶界偏析 宏观偏析 正常偏析 逆偏析 比重偏析
偏析的危害: 偏析的危害: 偏析会对铸件的力学性能,切削加工性能, 偏析会对铸件的力学性能,切削加工性能,抗 裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害. 裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害. 偏析现象也有有益的一面, 偏析现象也有有益的一面,例如利用偏析现象 可以净化 提纯金属等 净化或 金属等. 可以净化或提纯金属等.
晶界偏析与晶内偏析形成原因基本相同, 晶界偏析与晶内偏析形成原因基本相同,都 属于微观偏析 因此, 微观偏析, 属于微观偏析,因此,它们的影响因素也基本一 这类偏析除个别情况有益外( 样.这类偏析除个别情况有益外(如改善耐磨 ),一般都有害 一般都有害. 性),一般都有害.它们会导致铸件的力学性能 降低,特别是塑性和冲击韧性的降低, 降低,特别是塑性和冲击韧性的降低,增加合金 的热裂倾向,甚至使金属不易进行热加工. 的热裂倾向,甚至使金属不易进行热加工.
冷却速度对铸锭中Ca偏析的影响 冷却速度对铸锭中Ca偏析的影响 Ca
Mg-Ca合金 合金, (a) Mg-Ca合金,wCa = 0.2%
(b)Mg-Al-Ca合金, (b)Mg-Al-Ca合金, Ca = 0.13% 合金 w
这是由于冷却速度大到某一临界值后, 这是由于冷却速度大到某一临界值后,扩散过 程不仅在固相中难以进行, 程不仅在固相中难以进行,而且在液相中也受到 抑制,使合金进入了所谓的"无扩散结晶" 抑制,使合金进入了所谓的"无扩散结晶"阶 此时的结晶类似于纯金属的凝固过程. 段.此时的结晶类似于纯金属的凝固过程.
产生宏观偏析的原因: 产生宏观偏析的原因: 在铸件( 的结晶初期, 固相或液相的 ①在铸件(锭)的结晶初期,由固相或液相的 沉浮而引起区域性的化学成分分布不均 而引起区域性的化学成分分布不均; 沉浮而引起区域性的化学成分分布不均; 在固-液两相区内液体沿枝晶的迁移运动 液体沿枝晶的迁移运动而引 ②在固-液两相区内液体沿枝晶的迁移运动而引 起区域性化学成分分布不均. 起区域性化学成分分布不均.
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,即细化晶粒和均匀化退火. 的措施相同, 细化晶粒和均匀化退火. 但是晶界上存在的稳定化合物,如氧化物, 但是晶界上存在的稳定化合物,如氧化物,硫 化物和某些碳化物, 化物和某些碳化物,即使采用均匀化退火往往也 无法消除,因此, 无法消除,因此,对这些化合物引起的晶界偏 应该从减少合金中的氧 的含量着手. 析,应该从减少合金中的氧和硫的含量着手.
树枝状晶各截面的溶质等浓度线
研究表明,合金以枝晶方式生长时, 研究表明,合金以枝晶方式生长时,在整个晶 粒有90%以上的熔体是以充填分枝之间的方式结 粒有90%以上的熔体是以充填分枝之间的方式结 90% 晶的,即由枝晶的侧面结晶, 晶的,即由枝晶的侧面结晶,枝晶的侧面生长往 往接近于平面方式.因此, 往接近于平面方式.因此,各组元在枝干中心与 其边缘之间的浓度分布可近似地用Scheil Scheil方程式 其边缘之间的浓度分布可近似地用Scheil方程式 进行描述. 进行描述.
正常偏析随凝固条件的变化如图7 所示. 正常偏析随凝固条件的变化如图7-4所示.在平 衡凝固条件下 条件下, 衡凝固条件下,固相和液相中的溶质都可以得到充 分扩散,这时从铸件凝固的开始端到终止端, 分扩散,这时从铸件凝固的开始端到终止端,溶质 的分布是均匀的,无偏析现象发生,如图7 的分布是均匀的,无偏析现象发生,如图7-4(a) 所示.当固体内溶质无扩散或扩散不完全时, 所示.当固体内溶质无扩散或扩散不完全时,铸件 中出现了严重偏析,如图7 中的b 所示. 中出现了严重偏析,如图7-4中的b～d所示.
应指出的是,Scheil方程式是在假定固相无扩 应指出的是,Scheil方程式是在假定固相无扩 方程式是在假定 散而液相均匀混合的条件下推导出来的. 散而液相均匀混合的条件下推导出来的.当考虑 的条件下推导出来的 到固相有扩散时, 到固相有扩散时,界面上固相的溶质浓度C 与其 之间的关系可由下式描述: 固相分数 f S 之间的关系可由下式描述:
一般地说, 一般地说,熔体在结晶前的初始温度是不均 匀的.冷端的熔体结晶速率较大, 匀的.冷端的熔体结晶速率较大,而热端的熔 体结晶速率较小.前者未结晶的液相较少, 体结晶速率较小.前者未结晶的液相较少,而 后者未结晶的液相较多. 后者未结晶的液相较多.
冷端未结晶液相中的溶质平均浓度高于热端 当枝晶之间的液相流动时, (k0<1).当枝晶之间的液相流动时,若从 热端流向冷端, 热端流向冷端,即从溶质含量较低的区域流向 溶质含量较高的区域, 溶质含量较高的区域,使该区的固相平均成分 C 降低,产生负偏析;反之,若液体由冷端流 降低,产生负偏析 反之, 负偏析; 向热端, 升高,则该处将形成正偏析 正偏析. 向热端,使 C 升高,则该处将形成正偏析.
7.2宏观偏析 7.2宏观偏析 宏观偏析,又称长程偏析或区域偏析, 宏观偏析,又称长程偏析或区域偏析,是指较 长程偏析 大尺寸范围内的化学成分不均匀现象.按其表现 大尺寸范围内的化学成分不均匀现象. 形式可分为三种基本类型: 形式可分为三种基本类型: 正常偏析(正偏析) 正常偏析(正偏析) 反偏析) 逆偏析 (反偏析) 比重偏析(重力偏析) 比重偏析(重力偏析)
预防与消除措施: 预防与消除措施: 晶内偏析是一种不平衡状态,如果能使溶质充 晶内偏析是一种不平衡状态, 分扩散即可消除.把铸件加热到低于固相线100 分扩散即可消除.把铸件加热到低于固相线100 200℃,长期保温,即进行扩散退火 扩散退火则可减轻 ～200℃,长期保温,即进行扩散退火则可减轻 或消除晶内偏析. 或消除晶内偏析.
单相凝固时的铸棒内的溶质分布
正常偏析随着溶质偏析系数 1 k 0 的增大而增大 .但对于偏析系数较大的合金,当溶质含量较高 但对于偏析系数较大的合金, 合金倾向于体积凝固,正常偏析反而减轻, 时,合金倾向于体积凝固,正常偏析反而减轻, 甚至不产生正常偏析. 甚至不产生正常偏析.
正常偏析的危害: 正常偏析的危害: 偏析的危害 正常偏析使铸件性能不均匀, 正常偏析使铸件性能不均匀,严重时会使铸件 在使用中破坏.因此,应尽量减少这种偏析. 在使用中破坏.因此,应尽量减少这种偏析. 减少正常偏析的措施 偏析的措施: 减少正常偏析的措施: 这种偏析不能通过扩散退火来消除 不能通过扩散退火来消除, 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, 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. 注温度和加速铸件凝固等.
7.1微观偏析 7.1微观偏析 微观偏析,又称短程偏析,是指微小范围( 微观偏析,又称短程偏析,是指微小范围(约 一个晶粒范围)内的化学成分不均匀现象, 一个晶粒范围)内的化学成分不均匀现象,一般 在一个晶粒尺寸范围左右. 在一个晶粒尺寸范围左右.按位置不同可分为 晶内偏析(枝晶偏析) 晶内偏析(枝晶偏析) 晶界偏析
7.1.1晶内偏析(枝晶偏析) 7.1.1晶内偏析(枝晶偏析) 晶内偏析 在常规的铸件条件下, 在常规的铸件条件下,合金是按照非平衡的结 晶过程结晶的. 的合金, 晶过程结晶的.对于溶质分配系数 k 0< 1 的合金, 晶粒中心与主干部分由于最先结晶, 晶粒中心与主干部分由于最先结晶,因此溶质含 量最低,而分枝之间为晶粒外层部分, 量最低,而分枝之间为晶粒外层部分,是后结晶 部分,溶质含量逐次增多. 部分,溶质含量逐次增多.这样就使得整个晶粒 在内外层之间存在着成分得差异. 在内外层之间存在着成分得差异.
2,晶粒相碰形成的晶界偏析
两晶粒对面生长
如图所示,两个晶粒相对生长, 如图所示,两个晶粒相对生长,彼此相遇而形 晶界.两个晶粒结晶时所排出的溶质( 成晶界.两个晶粒结晶时所排出的溶质(k0<1) 就富集在晶界上.这样, 就富集在晶界上.这样,在最后凝固的晶界部分 将含有较多的溶质和其他低熔点物质, 将含有较多的溶质和其他低熔点物质,从而造成 晶界偏析.合金在凝固过程按柱状晶生长时, 晶界偏析.合金在凝固过程按柱状晶生长时,柱 状晶界面之间有着明显的晶界偏析. 状晶界面之间有着明显的晶界偏析.
S
晶内偏析的量化指标通常采用偏析比 表示, 晶内偏析的量化指标通常采用偏析比 S R 表示, 所谓偏析比是指晶内最高溶质浓度 C max与最低溶 之比值, 质浓度 C 之比值,即:
min
C max SR = C min
S R 值越大,表示偏析越严重. 值越大,表示偏析越严重.
冷却速度对枝晶偏析也有重要的影响, 冷却速度对枝晶偏析也有重要的影响,在其他 对枝晶偏析也有重要的影响 条件相同时,冷却速度越大,过冷越大, 条件相同时,冷却速度越大,过冷越大,开始结 晶的温度越低,原子的扩散能力越小, 晶的温度越低,原子的扩散能力越小,溶质扩散 越不充分,枝晶偏析就越严重; 越不充分,枝晶偏析就越严重;但当冷却速度大 到一定程度后,随着冷却速度的增加, 到一定程度后,随着冷却速度的增加,枝晶偏析 的程度反而有所减小,甚至消除. 的程度反而有所减小,甚至消除.
铸件断面宏观偏析与合金的结晶特点有密切的 关系,多数合金结晶后, 关系,多数合金结晶后,铸件断面往往形成三个 结晶区:外层是细晶粒区,接着是柱状晶区, 结晶区:外层是细晶粒区,接着是柱状晶区,中 心部分是粗等轴晶区.以厚壁铸钢件为例, 心部分是粗等轴晶区.以厚壁铸钢件为例,C,S, 的偏析规律与铸钢的结晶特点有着内在联系, P的偏析规律与铸钢的结晶特点有着内在联系, 如图7 所示. 如图7-5所示.
* S
* C S = k 0 C 0 (1
fS ) 1 + αk 0
α = DS
2τ
λ
讨论: 讨论: D τ 影响枝晶偏析的主要因素是 影响枝晶偏析的主要因素是 k 0 , S , 和 λ . 偏离越远, 越小,则偏析越严重. 若 k 0 与1偏离越远,或 D 越小,则偏析越严重. 通常用 1 k0 值定性地衡量枝晶偏析的程度. 值定性地衡量枝晶偏析的程度. 越大,偏析就越严重. 称为偏析系数 偏析系数. 越大,偏析就越严重.1 k0 称为偏析系数.P, 等元素在Fe中的偏析系数分别为0.94 Fe中的偏析系数分别为0.94, S,B,C等元素在Fe中的偏析系数分别为0.94, 0.90,0.87,0.74, 0.90,0.87,0.74,这几种元素往往容易在钢 中产生偏析. 中产生偏析.
7.1.2晶界偏析 7.1.2晶界偏析 在许多情况下,晶粒内部偏析并不明显, 在许多情况下,晶粒内部偏析并不明显,而晶 界偏析却十分明显. 界偏析却十分明显. 铸件在结晶过程中, 铸件在结晶过程中,产生晶界偏析的情况有以 下两种: 下两种:
1,晶界位置与晶粒生长方向平行
两晶粒并排生长
两个晶粒并排生长,晶界平行于生长方向, 两个晶粒并排生长,晶界平行于生长方向,由 于表面张力平衡条件的要求, 于表面张力平衡条件的要求,在晶界与液相的接 触处出现凹槽 深度可到10 cm, 凹槽, 触处出现凹槽,深度可到10-8cm,此处有利于溶 质原子的富集,凝固后就形成了晶界偏析 晶界偏析. 质原子的富集,凝固后就形成了晶界偏析.
S
s
7.2.1正常偏析 7.2.1正常偏析 铸件的凝固总是由外层逐渐向中心推进, 铸件的凝固总是由外层逐渐向中心推进,对于 溶质分配系数k 的合金, 溶质分配系数k0<1的合金,先凝固的区域的溶 质浓度低于后凝固的区域,对于k 的合金, 质浓度低于后凝固的区域,对于k0>1的合金, 则与此相反,越是后来结晶的固相, 则与此相反,越是后来结晶的固相,溶质浓度越 按照溶质再分配规律,这些都是正常现象, 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. 故称之为正常偏析.
第7章
铸件的化学成分 不均匀性
偏析: 偏析:在结晶过程中发生化学成分的不均匀现 象称为偏析.根据偏析的分布特点可分为: 象称为偏析.根据偏析的分布特点可分为: 偏析 微观偏析 晶内偏析 晶界偏析 宏观偏析 正常偏析 逆偏析 比重偏析
偏析的危害: 偏析的危害: 偏析会对铸件的力学性能,切削加工性能, 偏析会对铸件的力学性能,切削加工性能,抗 裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害. 裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害. 偏析现象也有有益的一面, 偏析现象也有有益的一面,例如利用偏析现象 可以净化 提纯金属等 净化或 金属等. 可以净化或提纯金属等.
晶界偏析与晶内偏析形成原因基本相同, 晶界偏析与晶内偏析形成原因基本相同,都 属于微观偏析 因此, 微观偏析, 属于微观偏析,因此,它们的影响因素也基本一 这类偏析除个别情况有益外( 样.这类偏析除个别情况有益外(如改善耐磨 ),一般都有害 一般都有害. 性),一般都有害.它们会导致铸件的力学性能 降低,特别是塑性和冲击韧性的降低, 降低,特别是塑性和冲击韧性的降低,增加合金 的热裂倾向,甚至使金属不易进行热加工. 的热裂倾向,甚至使金属不易进行热加工.
冷却速度对铸锭中Ca偏析的影响 冷却速度对铸锭中Ca偏析的影响 Ca
Mg-Ca合金 合金, (a) Mg-Ca合金,wCa = 0.2%
(b)Mg-Al-Ca合金, (b)Mg-Al-Ca合金, Ca = 0.13% 合金 w
这是由于冷却速度大到某一临界值后, 这是由于冷却速度大到某一临界值后,扩散过 程不仅在固相中难以进行, 程不仅在固相中难以进行,而且在液相中也受到 抑制,使合金进入了所谓的"无扩散结晶" 抑制,使合金进入了所谓的"无扩散结晶"阶 此时的结晶类似于纯金属的凝固过程. 段.此时的结晶类似于纯金属的凝固过程.
产生宏观偏析的原因: 产生宏观偏析的原因: 在铸件( 的结晶初期, 固相或液相的 ①在铸件(锭)的结晶初期,由固相或液相的 沉浮而引起区域性的化学成分分布不均 而引起区域性的化学成分分布不均; 沉浮而引起区域性的化学成分分布不均; 在固-液两相区内液体沿枝晶的迁移运动 液体沿枝晶的迁移运动而引 ②在固-液两相区内液体沿枝晶的迁移运动而引 起区域性化学成分分布不均. 起区域性化学成分分布不均.
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,即细化晶粒和均匀化退火. 的措施相同, 细化晶粒和均匀化退火. 但是晶界上存在的稳定化合物,如氧化物, 但是晶界上存在的稳定化合物,如氧化物,硫 化物和某些碳化物, 化物和某些碳化物,即使采用均匀化退火往往也 无法消除,因此, 无法消除,因此,对这些化合物引起的晶界偏 应该从减少合金中的氧 的含量着手. 析,应该从减少合金中的氧和硫的含量着手.
树枝状晶各截面的溶质等浓度线
研究表明,合金以枝晶方式生长时, 研究表明,合金以枝晶方式生长时,在整个晶 粒有90%以上的熔体是以充填分枝之间的方式结 粒有90%以上的熔体是以充填分枝之间的方式结 90% 晶的,即由枝晶的侧面结晶, 晶的,即由枝晶的侧面结晶,枝晶的侧面生长往 往接近于平面方式.因此, 往接近于平面方式.因此,各组元在枝干中心与 其边缘之间的浓度分布可近似地用Scheil Scheil方程式 其边缘之间的浓度分布可近似地用Scheil方程式 进行描述. 进行描述.
正常偏析随凝固条件的变化如图7 所示. 正常偏析随凝固条件的变化如图7-4所示.在平 衡凝固条件下 条件下, 衡凝固条件下,固相和液相中的溶质都可以得到充 分扩散,这时从铸件凝固的开始端到终止端, 分扩散,这时从铸件凝固的开始端到终止端,溶质 的分布是均匀的,无偏析现象发生,如图7 的分布是均匀的,无偏析现象发生,如图7-4(a) 所示.当固体内溶质无扩散或扩散不完全时, 所示.当固体内溶质无扩散或扩散不完全时,铸件 中出现了严重偏析,如图7 中的b 所示. 中出现了严重偏析,如图7-4中的b～d所示.
应指出的是,Scheil方程式是在假定固相无扩 应指出的是,Scheil方程式是在假定固相无扩 方程式是在假定 散而液相均匀混合的条件下推导出来的. 散而液相均匀混合的条件下推导出来的.当考虑 的条件下推导出来的 到固相有扩散时, 到固相有扩散时,界面上固相的溶质浓度C 与其 之间的关系可由下式描述: 固相分数 f S 之间的关系可由下式描述: