第一節(jié)-合金中的成分偏析ppt課件

1、什么叫偏析？ 為什么會(huì)出現(xiàn)偏析？ 偏析的利弊？ 偏析的分類,合金在凝固過程中發(fā)生的化學(xué) 成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析,偏析是合金在凝固過程中由于溶質(zhì)再分配和擴(kuò)散不充分引起的,偏析對(duì)合金的力學(xué)性能、抗裂性能及耐腐蝕性能等有程度不同的損害。但利用偏析現(xiàn)象可以凈化或提純金屬等。,第一節(jié) 合金中的成分偏析,一、微觀偏析 二、宏觀偏析 三、焊接熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻,一、微觀偏析,微觀偏析是指微小范圍（約一個(gè)晶粒范圍）內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，按位置不同可分為： 晶內(nèi)偏析（枝晶偏析） 晶界偏析 微觀偏析的影響因素與消除措施,1、晶內(nèi)偏析,晶內(nèi)偏析是在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常產(chǎn)生于具有結(jié)晶溫度范圍、能夠

2、形成固溶體的合金中。 固溶體合金按樹枝晶方式生長(zhǎng)時(shí)，先結(jié)晶的枝干與后結(jié)晶的分枝也存在著成分差異，又稱為枝晶偏析。,2、晶界偏析,在合金凝固過程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物常富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學(xué)成分出現(xiàn)差異，這種成分不均勻現(xiàn)象稱為晶界偏析。,晶界偏析比晶內(nèi)偏析的危害更大，既能降低合金的塑性與高溫性能，又增加熱裂紋傾向。,Ni-25% Cu合金快凝后的樹枝狀偏析,晶粒并排生長(zhǎng)，晶界平行于晶體生長(zhǎng)方向，晶界與液相的接觸處存在凹槽，溶質(zhì)原子在此處富集，凝固后就形成了晶界偏析。,晶粒相對(duì)生長(zhǎng)，在對(duì)合處彼此相遇。晶粒結(jié)晶時(shí)所排出的溶質(zhì)（k01）和其他雜質(zhì)元素在固-液界面前沿富積，在最后凝固的晶界對(duì)

3、合部位將含有較多的溶質(zhì)和其他低熔點(diǎn)物質(zhì)，造成晶界偏析。,偏析程度的影響因素,合金液、固相線間隔 偏析元素的擴(kuò)散能力 冷卻條件,（寬）,（弱）,（快）,微觀偏析的影響因素與消除措施,微觀偏析程度一般用偏析系數(shù)|1k0|來(lái)衡量。|1k0|值越大，固相和液相的濃度差越大，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重。 表11-1 不同元素在鐵中的偏析系數(shù),微觀偏析是一種不平衡狀態(tài)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的?？赏ㄟ^擴(kuò)散退火或均勻化退火來(lái)消除，即將合金加熱到低于固相線100200的溫度，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使偏析元素進(jìn)行充分?jǐn)U散，以達(dá)到均勻化。,二、宏觀偏析,宏觀偏析是指宏觀尺寸上的偏析，包括： 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 帶狀

4、偏析與層狀偏析 重力偏析,圖11-3 單向凝固時(shí)鑄棒內(nèi)溶質(zhì)的分布 a平衡凝固 b液相只有擴(kuò)散 c液相完全混合 d液相部分混合,正常偏析隨著溶質(zhì)偏析系數(shù)|1-k0|的增大而增大。但對(duì)于偏析系數(shù)較大的合金，當(dāng)溶質(zhì)含量較高時(shí)，合金傾向于體積凝固，宏觀偏析反而減輕。,偏析使鑄件性能不均勻，也難以通過熱處理消除，但可以利用溶質(zhì)的正常偏析現(xiàn)象對(duì)金屬進(jìn)行提純精煉。,焊接熔池凝固時(shí)，隨著柱狀晶體的長(zhǎng)大和固-液界面的推進(jìn)，會(huì)將溶質(zhì)或雜質(zhì)趕向焊縫中心。當(dāng)焊接速度較大時(shí)，成長(zhǎng)的柱狀晶會(huì)在焊縫中心相遇，在中心形成正偏析。在拉伸應(yīng)力作用下，焊縫極易產(chǎn)生縱向裂紋。,逆偏析的成因在于結(jié)晶溫度范圍寬的固溶體合金，在緩慢凝固時(shí)

5、易形成粗大的樹枝晶，枝晶相互交錯(cuò)，枝晶間富集著低熔點(diǎn)相，當(dāng)鑄件產(chǎn)生體收縮時(shí)，低熔點(diǎn)相將沿著樹枝晶間向外移動(dòng)。,Al-4.7Cu 合金鑄件的逆偏析,鑄錠的宏觀 偏析分布示意圖,由于密度的差異，先凝固部分結(jié)晶沉淀，在鑄錠的下半部形成低于平均成分的負(fù)偏析區(qū)，上部則形成高于平均成分的正偏析區(qū)。,當(dāng)鑄錠中央部分在凝固下沉?xí)r，側(cè)面向斜下方產(chǎn)生拉應(yīng)力，在其上部形成逆V形裂縫，并被富含溶質(zhì)的液相所填充，最終形成逆V形偏析帶。,帶狀偏析常出現(xiàn)在鑄錠或厚壁鑄件中，有時(shí)是連續(xù)的，有時(shí)則是間斷的，偏析的帶狀總是和液-固界面相平行。 帶狀偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在溶質(zhì)富集層且晶體生長(zhǎng)速度發(fā)生變化的緣故。 焊縫凝固中的層狀偏析與帶狀偏析機(jī)理相同。,圖11-9 熔合區(qū)中硫的分布 注：上面數(shù)字E=11.76kJ/cm 下面數(shù)字E=23.94kJ/cm,熔合區(qū)是母材與熔池的界面， Tm 溫度下由于S、P等雜質(zhì)元素在固相中的平衡含量遠(yuǎn)低于液相，造成近界面部位母材中的 S、P 向焊縫中轉(zhuǎn)移，在界面前沿的液相中形成雜質(zhì)元素富集層，隨后快速凝固。,熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻程度與焊接規(guī)范有關(guān),大的焊接線能量會(huì)使不均勻程度加劇(見圖中三組數(shù)據(jù)中的下行),三、焊接熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻,結(jié)構(gòu)鋼與不銹鋼異種鋼接頭熔合區(qū)中碳的分布示意圖,異種鋼接頭焊