偏析

偏析
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基本概念
金属学上的词语
焊缝中的偏析现象
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焊缝中的偏析现象
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编辑本段基本概念
合金中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析。

焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，造成分布不均，产生偏析。

编辑本段金属学上的词语
根据铸锭的范围，偏析分为两大类：
1. 显微偏析。

2. 区域偏析（宏观偏析）
3.通道偏析（channel segregation）
其中，
显微偏析指发生在一个或几个晶粒之内，包括枝晶偏析、晶间偏析、晶界偏析和胞状偏析。

宏观偏析则发生在铸锭宏观范围内这一部分和那一部分之间。

可分为正常偏析、反常偏析、比重偏析三类。

晶内偏析：该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;.
区域性偏析：在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；比重偏析：合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。

可采用降低浇温加大冷却速度，加入微量元素形成比重适当等。

通道偏析：凝固时，浓度较大的液态对流引起的偏析。

溶质和浓度梯度影响了液态的密。

你可以判断出现偏析的种类，并针对性的采取一些措施。

编辑本段焊缝中的偏析现象
焊缝中的偏析现象有以下三种：
显微偏析
熔池一次结晶时，最先结晶的结晶中心金属最纯，后结晶部分含其它合金元素和杂质略高，最后结晶部分，即结晶的外
端和前缘所含其它合金元素和杂质最高。

在一个柱状晶粒内部和晶粒之间的化学成分分布不均现象称为显微偏析。

区域偏析
熔池一次结晶时，由于柱状晶体的不断长大和推移，会把杂质“赶”向熔池中心，使熔池中心的杂质含量比其它部位多，
这种现象称为区域偏析。

焊缝的断面形状对区域偏析的分布影响很大。

窄而深的焊缝，各柱状晶的交界在其焊缝的中心，因此焊缝中心聚集有较多的杂质，见图1。

这种焊缝在其中心部位极易产生热裂纹。

宽而浅的焊缝，杂质则聚集在焊缝的上部，见图1b，这种焊缝具有较高的抗热裂能力。

层状偏析
熔池在一次结晶的过程中，要不断地放出结晶潜热，当结晶潜热达到一定数值时，熔池的结晶就出现暂时的停顿。

以后
随着熔池的散热，结晶又重新开始，形成周期性的结晶，伴随着出现结晶前沿液体金属中杂质浓度的周期变动，产生周期性的偏析称为层状偏析。

层状偏析集中了一些有害元素，因此缺陷往往出现在层状偏析中。

由层状偏析所造成的气孔。

第四节铸件中的偏析
所谓铸造偏析就是液态合金在铸型中凝固以后，铸件断面上各个部分及晶粒与晶界之间存在化学成分的不均匀现象。

它有三种类型：即晶内偏析、区域偏析和比重偏析。

有时铸件上只存在某一种类型的偏析，有时则几种类型同时并存。

由于偏析的存在，铸件断面上或晶粒与晶界处的机械性能也不一致，从而会影响到铸件的使用寿命。

为此，在铸件的生产中，应尽量防止偏析的产生。

1．晶内偏析
晶内偏析，又叫树枝晶偏析。

其特征是在一个晶粒范围内，晶内和晶界处的化学成分不一致，熔点高的组元往往多分布于晶内，而熔点低的组元则往往多分布于晶界。

如锡青铜铸件，晶粒内含铜多，而晶界处含锡多。

一般的产生晶内偏析，有两个条件：
（1）具有一定结晶温度范围的合金；
（2）在凝固过程中，合金原子的扩散速度小于结晶速度。

因为合金的结晶温度范围愈宽、铸件的冷却或结晶速度愈快，则晶内偏析愈严重。

为防止晶内偏析，可以采用细化晶粒的措施，以缩短原子的扩散距离；或适当提高浇温，以延缓冷却速度，以达到延长原子的扩散时间等。

对已产生晶内偏析的铸件，可通过长时间的扩散退火来减轻晶内偏析。

2．区域偏析
区域偏析是指在铸件的整个断面上，各部位的成分不一致的现象。

主要因合金进行选择凝固所引起。

区域偏析又分正向偏析和逆向偏析两类。

（1）正向偏析
所谓正向偏析是指铸造合金中，熔点较低的组元集中分布在铸件的中心或上部区域，其含量从铸件的先凝固区到其后凝固区逐渐递增。

而逆向偏析则正好相反，熔点较低的组元集聚在铸件边缘。

如硅黄铜铸件易出现正向偏析，即铸件中心含硅量较高；锡青铜件则易产生逆向偏析，即铸件表层中锡含量较多。

一般的，具有一定结晶温度范围的合金，均会产生一定程度的区域偏析，只是结晶温度范围较小的合金，倾向于产生正向偏析；而结晶温度范围较宽的结晶时形成发达的树枝晶的合金，则易产生逆向偏析。

如锡青铜件表面的“锡汗”，就是当锡青铜表面先凝固一层硬壳后，由于某种应力的作用，硬壳出现裂纹，壳内未凝固的低熔点组元（锡）占多数的液态合金被挤出壳外而停留在铸件表面形成的。

即使采用均匀化扩散退火也无法消除区域偏析，因为偏析元素需经长距离的扩散，故区域偏析应以预防为主，一般有以下措施：
（1）选择成分合适的合金；
（2）合理的铸件结构，即避免厚大断面；
（3）正确控制冷却速度。

3．比重偏析
由于合金中组元比重的不同所引起的偏析，叫比重偏析。

比重偏析的产生，有以下几种情况：
（1）合金中的两组元在液态下互不相溶，如铜-铝合金，当此类合金在液态放置过久时，将发生分层现象，比重大的组元沉在下面，比重小的组元浮在上面。

（2）液态合金在搅拌不均的情况下，由于选择凝固所生成的晶体，其比重与母液不同，或上浮或下沉，形成比重偏析。

如巴氏合金中的铅基合金或锡基合金的偏析。

（3）铸件的凝固方向也会影响比重偏析。

若铸件的凝固顺序是自下而上，对于初生晶的比重较大的合金而言，其比重较小的低熔点相很容易上浮，会加剧比重偏析；反之，当初生晶体的比重较小时，会减轻比重偏析。

总之，对易产生比重偏析的合金而言，必须采取防止措施，如控制熔炼工艺使合金成分均匀；尽量缩短液态合金的放置时间；加快冷却速度及合理控制铸件的凝固方向等。

五、合金的吸气
各种铸造合金，尤其是有色合金，在液态时都有吸收气体的特性。

气体在合金中的溶解度，随温度的变化有如图3.17所示的规律。

合金在固态时，气体的
溶解度很小，并随温度的升高，增加得也很少；当合金达到熔点时，气体的溶解度急剧增加，在液态合金中熔解的气体比固态合金中的多很多。

可以看出，气体在液态合金中的溶解度随温度的升高增加较快，直至达最高值后才开始下降；合金达到沸点时，气体的溶解度几乎等于零。

一般的，铸造合金在熔炼时，正处于气体溶解度随温度升高而增加很快的阶段，甚至达到饱和。

尤其是铝、镁合金具有较大的吸气倾向。

当其浇注到铸型后，随着温度的降低，气体的溶解度将不断下降，结果就会析出气体。

当析出的气体来不及从液态合金中跑出时，便会在铸件中形成气孔。

如铝合金上的针孔。

合金中所吸收的气体，主要来源于炉料、各种辅助材料、炉气及坩埚等熔化工具。

对于极易吸气的合金，如铝、镁合金，在浇注过程中，一切与气体、水分接触的机会，均易导致吸气。

在所吸收的气体中，最有害的是氢气。

为了减少或避免液态合金吸气，应采取以下工艺措施：
（1）严格控制炉料及辅助材料的质量；
（2）做好熔炉及其它工具的预热等准备工作；
（3）正确控制熔炼和浇注工艺，如尽量减少液态合金在高温下保温的时间，
并避免其过热；对极易吸气的合金应在覆盖剂保护下熔炼，并在熔炼后期进行除
气处理。

（4）有条件时，对易吸气合金采用真空炉熔炼和在真空室内浇注。

大型锻件的缺陷与对策:偏析
钢中化学成分与杂质分布的不均匀现象，称为偏析。

一般将高于平均成分者，称为正偏析，低于平均成分者，称为负偏析。

尚有宏观偏析，如区域偏析与微观偏析，如枝晶偏析，晶间偏析之分。

大锻件中的偏析与钢锭偏析密切相关，而钢锭偏析程度又与钢种、锭型、冶炼质量及浇注条件等有关。

合金元素、杂质含量、钢中气体均加剧偏析的发展。

钢锭愈大，浇注温度愈高，浇注速度愈快，偏析程度愈严重。

(1)区域偏析
它属于宏观偏析，是由钢液在凝固过程中选择结晶，溶解度变化和比重差异引起的。

如钢中气体在上浮过程中带动富集杂质的钢液上升的条状轨迹，形成须状∧形偏析。

顶部先结晶的晶体和高熔点的杂质下沉，仿佛结晶雨下落形成的轴心∨形偏析。

沉淀于锭底形成负偏析沉积锥。

最后凝固上部区域，碳、硫、磷等偏析元素富集，成为缺陷较多的正偏析区。

防止区域偏析的对策是：
1)降低钢中硫、磷等偏析元素和气体的含量，如采用炉外精炼，真空碳脱氧(VCD)处理及锭底吹氩工艺。

2)采用多炉合浇、冒口补浇、振动浇注及发热绝热冒口，增强冒口补缩能力等措施。

3)严格控制注温与注速，采用短粗锭型，改善结晶条件。

在锻件横向低倍试片上，呈现与锭型轮廓相对应的框形特征，亦称框形偏析。

因锭中偏析带在变形时，沿分模面扩展而呈现为框形。

偏析带由小孔隙及富集元素构成，对锻件组织性能的均匀性有不良的影响。

电渣重熔以其纯净度高、结晶结构合理，成为生产重要大锻件钢坯的方法，但是如果在重熔过程中电流、电压不稳定，则会形成波纹状偏析。

当电流、电压增高时，钢液过热，结晶速度减缓，钢液中的溶质元素在结晶前沿偏聚形成富集带；当电流、电压减小时，熔质元素偏聚程度减小，这种周期性的变化，便形成了波纹状的偏析条带。

区域偏析在横向低倍酸浸试片上呈分散的深色斑点状，称之为点状偏析。

(2)枝晶偏析
它属于微观偏析。

树枝状结晶与晶间微区成分的不均匀性，可能引起组织性能的不均匀分布。

采用扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)、能谱仪(EDS)进行微区观察和成分分析可以检出并阐明原因，一般通过高温扩散加热，锻压合理变形与均匀化热处理可以消除或减轻其不良影响。

一般来说偏析分为树枝偏析和区域偏析,树枝偏析可以通过锻造,再结晶,高温扩散和锻后热
处理得到消除,区域偏析只能通过锻造来减轻其影响,是夹杂物分散,并将显微孔隙和疏松锻
合.对一些大直径的钢锭,还必须采取特殊的工艺措施才能保证锻件质量,我们经常给客户锻
造这种材质的齿轮,正常的情况不应该出现这么严重的偏析,因为齿轮冲孔的时候把最不好的
地方都冲掉了,我觉得一种情况是原材料偏析太严重,再一个就是锻后热处理没做,建议做一
下锻后热处理!。