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【專題】【2009.4.28：二】|★|金屬材料知識(shí)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(gè)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(shì)必使其機(jī)械及物理性能也不一樣，這樣就會(huì)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(guò)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(duì)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(shí)，由于鑄造條件的影響，幾種偏析也可能同時(shí)出現(xiàn)。 一、晶內(nèi)偏析 晶內(nèi)偏析，又稱樹枝狀晶偏析，簡(jiǎn)稱枝晶偏析。其特征是同一個(gè)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(gè)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(guò)程中原子擴(kuò)散速度小于結(jié)晶生長(zhǎng)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(zhǎng)原子擴(kuò)散時(shí)間但澆注溫度不得過(guò)高，否則會(huì)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(shí)，可考慮采用長(zhǎng)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(gè)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(shí)，一般傾向產(chǎn)生正向偏析；當(dāng)凝固溫度范圍較大時(shí)，樹枝狀晶又很發(fā)達(dá)時(shí)，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(duì)此情況，常需加強(qiáng)對(duì)合金的除氣精煉等措施加以防止。對(duì)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(zhǎng)，在實(shí)用的退火溫度和時(shí)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(guò)程按穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行；或使冷卻速度很快，整個(gè)結(jié)晶過(guò)程在很短時(shí)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(shí)，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(guò)久時(shí)，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(shí)，在生長(zhǎng)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(jiǎn)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戎仄鲇绊懞艽蟆Ｈ绻檀涡蚴窍蛳露�，則對(duì)于初生晶體比重較大的合金來(lái)說(shuō)，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(shí)，則會(huì)減輕比重偏析。 對(duì)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(shí)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(guò)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(shuō)：在鑄造鋁合金生產(chǎn)過(guò)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(shuō)這是由于Cu的密度比Al的大造成的，這種說(shuō)法對(duì)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(wèn)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(jiǎng)！ [ 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(guò)word里看不到圖 4-28 20:01
xucz(金幣+0,VIP+0):word里面沒(méi)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
FLY_Phoenix(金幣+3,VIP+0):謝謝講解，不過(guò)word里看不到圖 4-28 20:01
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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(shí)把這種偏析叫做半宏觀偏析，它會(huì)在產(chǎn)品上形成點(diǎn)狀的中心偏析。其形成過(guò)程如圖3所示。圖中1區(qū)：柱狀晶生長(zhǎng)，在凝固前沿的晶體迅速消失，使過(guò)熱度消除。2區(qū)液相穴處于過(guò)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(guò)渡，在兩相區(qū)含有由對(duì)流運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的自由晶體作為核心，等軸晶生長(zhǎng)；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(dòng)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(dòng)；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(shí)間。碳含量越高，兩相區(qū)越寬，區(qū)域凝固時(shí)間越長(zhǎng)，形成中心偏析越嚴(yán)重。板坯鼓肚變形也會(huì)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(wú)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(wú)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(shuō)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(guò)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(shí)，更助長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)時(shí)間的高溫?cái)U(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
FLY_Phoenix
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關(guān)于那個(gè)討論問(wèn)題
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有人說(shuō)：在鑄造鋁合金生產(chǎn)過(guò)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(shuō)這是由于Cu的密度比Al的大造成的，這種說(shuō)法對(duì)嗎？ 這是我在一個(gè)論壇上看到的有網(wǎng)友的解釋，他說(shuō)的不對(duì)。即使在高銅鋁合金里面也不會(huì)有單質(zhì)Cu的存在，從相圖上講我們所研究的成分位置位于Al-CuAl2偽二元相圖內(nèi)。所以其中Cu元素不存在比重偏析。（也是個(gè)人理解，如有不妥帖之處，歡迎蟲友一起討論） |
4樓2009-04-28 20:53:36
5樓2009-04-29 08:30:38
FLY_Phoenix
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6樓2009-05-05 17:59:19
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7樓2009-05-13 08:00:59
zhaolei3969
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鋁合金在鑄造過(guò)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(gè)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(huì)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(shí)必然會(huì)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(guò)高，凝固時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，溶質(zhì)原子就有充分的時(shí)間進(jìn)行遷移，從而造成偏析。 消除方法：對(duì)于第一種情況，可以在精煉階段對(duì)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(lái)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(dòng)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(méi)有時(shí)間遷移。從而達(dá)到消除偏析的目的。 |
8樓2009-07-27 16:31:49
csuyx
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9樓2009-09-02 00:26:04
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10樓2009-09-25 19:20:58
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