有色金属合金铸锭缺陷

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1、有色金属合金锭坯缺陷(nonferrous metal and alloy ingotdefects)有色金属合金锭坯的缺陷包括偏析、裂纹、气孔、夹杂、缩孔与疏松、冷隔等。偏析     固态合金中化学成分(包括杂质元素)分布的不均匀性。偏析的具体分类见表。                                          枝晶偏析          凝固时，溶质原子的重新分配和非平衡结晶引起的微观偏析。如图a所示，成分为x的液溶体，当温度由丁1降至T2时开始结晶出成分为S2的固溶体。冷至T3时固相成分为S3，但由于铸锭时，结晶速度通常远大于溶质原子在固相

2、中的扩散速度，固相成分来不及均匀化，因而在T3时固相的平均成分处于S2和S3之间的S’3。如此继续，在结晶过程中，固相成分的变化便偏离了固相线，沿着S2S’3S’4S’5变化。结晶后在晶粒内部便出现了成分的不均匀性，如图b所示。由此可见，合金相图中，液相线与固相线间水平间距越大，合金组元的扩散系数越小，晶内偏析就越严重。在其他条件相同时，冷却速度越大，晶内偏析越严重。但过大的冷却速度，使溶质重新分配的扩散来不及进行反而会使枝晶偏析减轻。                                                                    

3、胞状偏析                在胞状结构边界的沟槽处发生的溶质原子的富集或贫化。此种偏析是由于凝固时界面前沿液体中的实际温度低于由于溶质分布所决定的凝固温度，即是由于成分过冷造成的。胞状结构边界发生的低熔点组元的富集，将对合金的性能产生不利的影响。晶界偏析           溶质原子在晶界处的富集。形成机制有两种：(1)平行晶体生长方向的晶界偏析。由于界面能的作用，在齐头并进的晶粒间界与液、固界面处相交形成沟槽。沟槽处有利于溶质及杂质原子的偏聚，形成晶界偏析；(2)相向生长的晶粒相碰，形成垂直方向的晶界偏析。此种偏析在浓度上和尺寸范围上都较大。金属间化合物一

4、次晶偏析           金属间化合物一次晶的过分长大或富集而造成的铸锭化学成分的不均匀性。在连续或半连续铸造时，在流槽或液穴中往往形成一定数量的金属问化合物一次品的核心，并在液穴中继续形成和长大。当大部分溶体结晶温度远低于一次品化合物生成和长大温度时，一次晶化合物得以充分长大，并由于自重和振动等因素的影响，飘落在结晶面上，成为分散的一次晶化合物偏析。若飘落后发生聚集，则成为大块的一次晶化合物偏析。严格控制合金元素及杂质含量、适当提高浇铸温度、加入适量变质剂可减少或消除此种偏析。上述微观偏析与不平衡结晶密切相关，在热力学上是不稳定的，可通过长时间的高温加热(见有色金

5、属合金锭坯均匀化)来减轻或消除。正偏析           后结晶部位的溶质或杂质浓度高于合金中的平均浓度的偏析。在正温度梯度下，当K0<1时，凝固界面前的液相中将有一部分溶质被排出。随着界面向中心推移，溶质浓度将逐渐增加，造成铸锭边部溶质浓度较低，越接近心部溶质浓度越高，形成正偏析。增加冷却速度，加快合金结晶，使液相溶质来不及扩散和重新调整，可减轻正偏析的程度。反偏析             K0<1时，后结晶部位的溶质或杂质的浓度低于合金中平均浓度。在凝固时，在模壁上首先形核结晶，将部分溶质排除在界面前沿，造成了成分过冷的液体存在于枝晶间。当晶体继续长大时，由于凝固

6、引起体积收缩造成毛细孔隙。在静压力下，高浓度液相通过柱状晶间的孔隙压到铸锭表面，形成反偏析，甚至形成所谓反偏析瘤。控制浇铸和结晶条件得到等轴晶组织，减少表面层残存过冷液体量，可减少反偏析。带状偏析             平行于结晶晶体生长界面形成的偏析。一般出现在定向结晶的情况下。若溶质原子在液相中的扩散速度小于晶体生长速度，在界面前沿的液相中便会发生溶质富集，造成成分过冷，发生晶体非定向生长，将高浓度液相部分封闭起来。被封闭部分继续长大又重复上述情况，这样便形成了带状偏析。减小成分过冷，采用连续搅拌或振动会减少或消除带状偏析。密度偏析             由密度

7、差引起的区域偏析。液固两相或液相间，由于密度差别较大，轻相上浮，重相下沉而引起的偏析。通过搅拌、加速冷却，提高液溶体稠度或加入添加剂细化晶粒，皆可使密度偏析减少。上述几种宏观偏析在固态下很难用锭坯均匀化的方法加以消除，若残存在塑性加工制品中会对性能产生不良影响。裂纹              破坏铸锭组织连续性的开裂现象。根据裂纹形成温度可分热裂纹和冷裂纹。热裂纹          在铸锭凝固过程中产生的裂纹。形成机理有3种：(1)强度理论。合金在固相线附近的温度范围内，塑性极低呈脆性；此时，当铸锭内应力超过金属的强度时即发生热裂。(2)