铸件中的偏析课件.ppt

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1、第七章铸件中的偏析铸件（锭）中化学成分不均匀的现象称为偏析，是铸件的主要缺陷之一。偏析的分类宏观偏析微观偏析b)宏观偏析：长程偏析或区域偏析，指铸件各部分之间化学成分的差异。a)微观偏析：短程偏析，指微小范围内化学成分不均匀的现象。一、偏析的分类1、根据偏析的范围分成分不均匀→组织上的差别→冲击韧性和塑性↓铸件的热裂倾向性↑还可能使铸件难于加工。使铸件各部分的机械性能和物理性能产生很大的差异→影响铸件的使用寿命和工作效果。2、按各部位的浓度Cs与Co的偏析情况分类：微观偏析和宏观偏析也可用这种方法来分。二、微观

2、偏析微观偏析是合金在结晶过程中溶质再分配的必然结果。按其形式可分为：胞状偏析枝晶偏析晶界偏析1.枝晶偏析的形成（一）枝晶偏析原因：实际生产时，铸件凝固是非平衡结晶过程。由于固溶体合金多按枝晶方式生长，分枝本身（内外层）、分枝与分枝间的成分是不均匀的，称枝晶偏析（属晶内偏析）。2.组元的分布规律：②使金属熔点降低的组元富集在分枝外层或分枝间，甚至在分枝间出现不平衡第二相。铸件凝固后，各组元在枝干中心与其边缘之间的成分分布可近似地用Scheil方程式描述。①使金属熔点升高的组元富集在分枝中心和枝干上。③其他部位的成

3、分介于两者之间。枝干中心仅6%分枝间最高为23%K0愈偏离1，Ds愈小，则枝晶偏析愈严重。考虑固相中有扩散：式中：3.枝晶偏析的表述法：越大，枝晶偏析越严重。(2)枝晶偏析度Cmax：某组元在枝晶偏析区内的最高浓度Cmin：某组元在枝晶偏析区内的最低浓度C0：某组元的原始平均浓度⑶枝晶偏析比（1）偏析系数:4.影响枝晶偏析的因素：⑴K0偏离↑，Se、SR↑，偏析严重。⑵Ds↓，Se、SR↑，偏析严重。⑶冷却速度V0：实际上是τ和S（枝晶间距的一半）⑷其他元素的存在5.枝晶偏析的消除：退火：把铸件加热到低于固相线

4、100～200℃，长期保温，使溶质原子充分扩散，则可减轻或消除枝晶偏析。（二）晶界偏析晶粒中心只有不明显的负偏析（或正偏析），而晶界区域却显示出明显的正偏析（或负偏析），这种偏析称为晶界偏析。（1）晶界平行于生长方向：，图6-7晶粒平行于生长方向形成的晶界偏析1、晶界偏析的形成在液体与晶界交界处形成偏析（2）两个晶粒相对生长：最后凝固的晶界处2、预防和消除：与枝晶偏析相同。图6-8晶粒相碰形成的晶界偏析三、宏观偏析枝晶间的流动对宏观偏析的影响正常偏析逆偏析V型和逆V型偏析带状偏析重力偏析（一）枝晶间的流动对宏观

5、偏析的影响：1、液态金属沿枝晶间流动的原因：熔体本身的流动驱使两相区的液体流动；凝固收缩的抽吸作用促使液体流动；密度差而发生对流；2.当考虑到枝晶有液体流动时，枝晶的溶质分布：q>0：固液界面上固相的溶质浓度k0C0fs同号；β：凝固收缩率μ：等温线移动速度V：液体沿μ方向的流动分速度当合金一定时，CS*取决于q，q取决于V/μ讨论：（1）q=1:此时--不存在宏观偏析（2）q<1K0<1时→此时产生正偏析K0<1时→讨论：（3)q>1此时产生负偏析K0<1时→一、正常偏析当铸件（锭）凝固区域很窄时（逐层凝固）

6、，固溶体初生晶生长成紧密排列的柱状晶，凝固前沿是平滑的或为短锯齿形，枝晶间液体流动的作用次要，宏观偏析的产生与结晶中的溶质再分配有关。k0<1的合金，铸件先凝固区域（铸件的外层）的溶质浓度低于后凝固区。（k0>1的合金与之相反）。按照结晶的规律（溶质再分配规律），这是正常现象，故称为正常偏析。C0k0C0startend图单向凝固时铸件内溶质的分布平衡凝固固体无扩散而液体有扩散固体无扩散而液体完全混合固体有若干扩散而液体部分、混合K0<1①细等轴晶区结晶快，溶质来不及扩散，溶质浓度为C0②柱状晶区，凝固区域窄，

7、凝固过程溶质不断被排斥，使其浓度逐渐升高。③当铸件中心部位的液体降至结晶温度时，生长出粗壮的等轴晶。含溶质浓度较高的液体被阻滞在柱状晶区和等轴晶区之间。该处C.S.P含量较高。④中心粗大等轴晶成分均匀，接近C0。（>C0）宏观偏析与铸件的凝固特点有关：凝固区域较宽时，枝晶发达，枝晶偏析严重，正常偏析减轻。逐层凝固时，凝固前沿是平滑的或为短锯齿形。——正常偏析生长。正常偏析随溶质偏析系数增大而增大。较大，则凝固区域宽，倾向体积凝固，减轻正常偏析或无正常偏析正常偏析的存在使铸件性能不均匀，难以消除，应加以控制。利用

8、正常偏析，用“区熔法”，提纯金属。二、逆偏析k0<1的合金，结晶由外向内逐渐进行，但在表面层的一定范围内溶质的浓度分布却由外向内逐渐降低，称为逆偏析，或称反常偏析。常出现逆偏析的情况：结晶范围宽的固溶体合金;铸件缓慢冷却时逆偏析程度增加;枝晶粗大时易产生逆偏析;合金液含气量高时;影响因素：①固液两相区内液体在枝晶间流动：②一次分枝长度③铸件凝固区域的宽度，凝固收缩以及合金在凝固过程中金