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【專題】【2009.4.28：二】|★|金屬材料知識天天看|★|---金屬材料成型技術(shù)及熱處理
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鑄造中的偏析是怎么回事？ 關(guān)于鑄造中的偏析合金液在鑄型中凝固以后，鑄件斷面各個部分，以及晶粒內(nèi)部，往往有化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，這就是偏析。偏析是一種鑄造缺陷。 由于鑄件各部分化學(xué)成分不一致，勢必使其機(jī)械及物理性能也不一樣，這樣就會影響鑄件的工作效果和使用壽命。因此，在鑄造生產(chǎn)中，必須防止合金在凝固過程中產(chǎn)生偏析。 偏析可分為三種類型，即晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析和比重偏析。對于某一種合金而言，所產(chǎn)生的偏析往往有一種主要型式，但有時，由于鑄造條件的影響，幾種偏析也可能同時出現(xiàn)。 一、晶內(nèi)偏析 晶內(nèi)偏析，又稱樹枝狀晶偏析，簡稱枝晶偏析。其特征是同一個晶粒內(nèi)，各部分化學(xué)成分不一致，并且往往在初晶軸線上含有熔點(diǎn)較高的成分多。如錫青銅在晶粒軸線上往往含銅較多，含錫較少，而枝晶邊緣則相反，這就是晶內(nèi)偏析。 鑄件內(nèi)產(chǎn)生晶內(nèi)偏析，一般有二個先決條件，第一，合金的凝固有一定的溫度范圍；第二，合金結(jié)晶凝固過程中原子擴(kuò)散速度小于結(jié)晶生長速度。一般的情況下，合金的凝固溫度范圍愈大，鑄件結(jié)晶及冷卻速度愈快，則原子擴(kuò)散愈難于進(jìn)行完全，晶內(nèi)偏析現(xiàn)象愈嚴(yán)重。因此，晶內(nèi)偏析多產(chǎn)生于凝固溫度范圍較大，能形成固熔體的合金中。為了防止某些合金的晶內(nèi)偏析，可以采取細(xì)化晶粒措施，以縮短原子擴(kuò)散距離；或適當(dāng)提高澆注溫度，延緩冷卻速度，以延長原子擴(kuò)散時間但澆注溫度不得過高，否則會造成氧化、吸氣、晶粒粗大等弊病。當(dāng)鑄件內(nèi)已存在晶內(nèi)偏析時，可考慮采用長則間的擴(kuò)散退火熱處理，以求得到改善。 二、區(qū)域偏析 區(qū)域偏析，即在整個鑄件斷面上，各部分化學(xué)成分不一致的現(xiàn)象，它主要由于合金進(jìn)行選擇凝固所引起的。 區(qū)域偏析可分為正向和逆向偏析正向偏析是熔點(diǎn)較低的成分或合金元素熔質(zhì)集中在鑄件的中心和上部，其含量從鑄件邊緣至中心逐漸增加。逆向偏析則相反，熔點(diǎn)較低的成分或合金元素熔質(zhì)集聚在鑄件邊緣。如在銅合金中，硅黃銅易出現(xiàn)正向偏析現(xiàn)象，即鑄件中心含硅較多；錫青銅則易產(chǎn)生逆向偏析現(xiàn)象，即鑄件表面層含錫較多。合金在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶，是產(chǎn)生區(qū)域偏析的基本原因。當(dāng)凝固溫度范圍較小時，一般傾向產(chǎn)生正向偏析；當(dāng)凝固溫度范圍較大時，樹枝狀晶又很發(fā)達(dá)時，較易產(chǎn)生逆向偏析。鑄件表面常出現(xiàn)的一種含熔質(zhì)元素較多的“汗珠”、“偏析疤”，是一種逆向偏析現(xiàn)象，如錫青銅鑄件表面的“錫汗”就是這種情形。這是當(dāng)合金表面形成一層硬殼以后，或因內(nèi)部合金液析出氣體的壓力作用，或因硬殼的固態(tài)收縮承受不了內(nèi)部合金液的靜壓力的作用，或因鑄件本身產(chǎn)生熱應(yīng)力等緣故而使其硬殼斷裂，未凝固的液體含熔質(zhì)較多，熔點(diǎn)較低流出硬殼以外并表現(xiàn)在鑄件表面的結(jié)果。對此情況，常需加強(qiáng)對合金的除氣精煉等措施加以防止。對于區(qū)域偏析，不能以均勻化擴(kuò)散退火去消除，因?yàn)槠鰠^(qū)域較廣，要求偏析元素的擴(kuò)散距離較長，在實(shí)用的退火溫度和時間內(nèi)不可能均勻擴(kuò)散。故應(yīng)以預(yù)防為主的原則加以避免。 為此，第一，要正確選擇合金；第二，要有合理的鑄件結(jié)構(gòu)如避免肥厚斷面以防止硅黃銅鑄件出現(xiàn)區(qū)域偏析；第三，要正確控制冷卻速度如使冷卻速度很慢，結(jié)晶過程按穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行；或使冷卻速度很快，整個結(jié)晶過程在很短時間內(nèi)完成。 三、比重偏析 由于合金中兩組元比重不同，而在同一鑄件中出現(xiàn)上下部分成分不一致的現(xiàn)象，即比重偏析。出現(xiàn)這種偏析時，鑄件上部合金中某一成分較多，而下部另一成分較多。比重偏析的形成情況也有不同。有的是因?yàn)楹辖鹬袃山M元在液態(tài)下互不相溶如鋼鉛合金，當(dāng)合金液放置過久時，便形成互不滲合的分層，比重大的合金組元沉在下面，而比重小的浮在上面；有的是因?yàn)樵跀嚢璨痪那闆r下，當(dāng)合金進(jìn)行選擇凝固時，在生長著的晶體四周，所形成的含合金元素較多的液體，由于比重與母液不同而上浮或下沉；有的是治因?yàn)橄刃纬傻暮辖鹪剌^少的晶體，由于比重與母液不同而上浮或下沉。如果初晶形狀簡單，分叉很少，則使比重偏析很易發(fā)生。軸承合金中，鉛基或錫基巴氏合金最易產(chǎn)生這后一類偏析。鑄件的凝固方向?qū)Ρ戎仄鲇绊懞艽�。如果凝固次序是向下而上，則對于初生晶體比重較大的合金來說，其中比重較小的低熔點(diǎn)相很容易上浮，加劇比重偏析；反之，初生晶體比重較小時，則會減輕比重偏析。 對于易產(chǎn)生比重偏析的合金，必須采取措施，防止缺陷的形成。通常的做法是：認(rèn)真控制熔煉工藝，尤其在熔煉中和澆注前要充分?jǐn)噭�；盡量減少合金液放置時間；加入某種合金元素，改變初晶形狀；加大冷卻速度如在冷水噴射器冷卻下，澆注鉛青銅軸瓦；合理控制鑄件凝固方向等。較嚴(yán)重的鑄件偏析缺陷，通過宏觀分析即可發(fā)現(xiàn)。輕微偏析者，則需經(jīng)金相檢驗(yàn)及化學(xué)成分分析才能發(fā)現(xiàn)。 有人說：在鑄造鋁合金生產(chǎn)過程中，特別是生產(chǎn)高銅鑄造鋁合金，發(fā)現(xiàn)Cu元素有偏析現(xiàn)象，他解釋說這是由于Cu的密度比Al的大造成的，這種說法對嗎？ 或者也可以談?wù)勀ｈT或連鑄中避免宏觀偏析的方法。抑或其他與成分偏析有關(guān)的問題，都就可以一起探討，也可以提出實(shí)際中遇到的這方面困惑。 認(rèn)真回復(fù)重獎！ [ Last edited by FLY_Phoenix on 2009-4-28 at 01:28 ] |
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FLY_Phoenix(金幣+3,VIP+0):謝謝講解，不過word里看不到圖 4-28 20:01
xucz(金幣+0,VIP+0):word里面沒有圖片，你可以把圖片傳給我，我?guī)湍銙焐�。謝謝參與討論 4-29 08:33
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鑄坯V形宏觀偏析 鑄坯縱斷面的中心等軸晶區(qū)，在硫印圖上還可觀察到V形偏析區(qū)，有時把這種偏析叫做半宏觀偏析，它會在產(chǎn)品上形成點(diǎn)狀的中心偏析。其形成過程如圖3所示。圖中1區(qū)：柱狀晶生長，在凝固前沿的晶體迅速消失，使過熱度消除。2區(qū)液相穴處于過冷狀態(tài)，自由等軸晶可以在液體中存在，并沿凝固前沿下沉；3區(qū)柱狀晶開始向等軸晶過渡，在兩相區(qū)含有由對流運(yùn)動帶來的自由晶體作為核心，等軸晶生長；4區(qū)中心區(qū)液體成為糊狀；5區(qū)中心區(qū)的糊狀液體失去流動性，樹枝晶間液體開始滲漏；6區(qū)開始出現(xiàn)偏析通道；7區(qū)糊狀液體沿中心通道流動；8區(qū)中心殘余液相完全凝固。從圖中的3區(qū)到7區(qū)可稱做鑄坯中心區(qū)的區(qū)域凝固時間。碳含量越高，兩相區(qū)越寬，區(qū)域凝固時間越長，形成中心偏析越嚴(yán)重。板坯鼓肚變形也會把最后凝固階段的濃化鋼液抽引到板坯中心而形成中心偏析。 圖在附件中 |
2樓2009-04-28 08:32:30
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FLY_Phoenix(金幣+6,VIP+0):非常好，感謝 4-28 20:44
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樹枝狀偏析的特征及成因 特征： 1)在縱向低倍試片上，晶干呈灰白色，晶間呈暗灰色，晶干常與纖維方向平行或有一定角度；在橫向低倍試片上表現(xiàn)出樹枝狀組織，無一定規(guī)律； 2)在與縱向低倍試片相同的部位做硫印試驗(yàn)可以看到在樹枝狀偏析處晶間含硫較高； 3)在縱向斷口試片上，樹枝狀偏析處與相鄰部位無明顯區(qū)別； 4)在顯微鏡下樹枝狀偏析處呈現(xiàn)不均勻的組織，即非金屬夾雜物和較多的分布不均勻的珠光體，這說明樹枝狀偏析不但有化學(xué)成分和雜質(zhì)的偏析，而且含碳量也有較大的偏析。 成因： 1)樹枝狀偏析是鋼錠結(jié)晶過程中不可避免的，只要鋼液成分不均，就可能形成樹枝狀組織。特別是當(dāng)澆注溫度高及冷卻速度緩慢時，更助長了樹枝狀偏析的發(fā)展； 2)低碳、中碳鉻鎳鎢、鉻鎳鉬、鉻錳鉬鋼中的鉻、鎳、錳在結(jié)晶時偏析嚴(yán)重。 判定及處理方法： 1)允許按盤、按段分別判定； 2)增大壓縮比或加大壓下率，有利于破碎樹枝狀組織； 3)長時間的高溫擴(kuò)散退火，可使成分偏析減小，但不能消除原有低倍試片上的樹枝狀組織特征。 |
3樓2009-04-28 08:34:03
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鋁合金在鑄造過程中確實(shí)容易發(fā)生偏析的現(xiàn)象，我認(rèn)為主要發(fā)生在兩個階段，一是在熔煉階段，主要是合金中各相密度不均勻，如果坩堝容積很大就會發(fā)生數(shù)值方向上成分的不均勻，使用該金屬熔體進(jìn)行澆注時必然會導(dǎo)致偏析的發(fā)生。二是澆注的階段，在液態(tài)金屬成分均勻的情況下，如果澆注溫度過高，凝固時間就會延長，溶質(zhì)原子就有充分的時間進(jìn)行遷移，從而造成偏析。 消除方法：對于第一種情況，可以在精煉階段對液態(tài)金屬進(jìn)行攪拌從達(dá)到熔體成分均一的目的，攪拌方法有電磁攪拌、超聲攪拌、機(jī)械攪拌等方法。第二種情況可以采用降低澆注溫度和加快冷卻速度的方法來克服，其原理是偏析的形成必然伴隨著溶質(zhì)的遷移，降低溫度可以減小溶質(zhì)原子的活動能力削弱擴(kuò)散引起的遷移，加快凝固速度可以使溶質(zhì)幾乎沒有時間遷移。從而達(dá)到消除偏析的目的。 |
8樓2009-07-27 16:31:49
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