鑄造偏析

1.晶內偏析
晶內偏析,又叫樹枝晶偏析。其特徵是在一個晶粒範圍內,晶內和晶界處的化學成分不一致,熔點高的組元往往多分布於晶內,而熔點低的組元則往往多分布於晶界。如錫青銅鑄件,晶粒內含銅多,而晶界處含錫多。
一般的產生晶內偏析,有兩個條件:
(1) 具有一定結晶溫度範圍的合金;
(2) 在凝固過程中,合金原子的擴散速度小於結晶速度。
因為合金的結晶溫度範圍愈寬、鑄件的冷卻或結晶速度愈快,則晶內偏析愈嚴重。為防止晶內偏析,可以採用細化晶粒的措施,以縮短原子的擴散距離;或適當提高澆溫,以延緩冷卻速度,以達到延長原子的擴散時間等。對已產生晶內偏析的鑄件,可通過長時間的擴散退火來減輕晶內偏析。
2.區域偏析
區域偏析是指在鑄件的整個斷面上,各部位的成分不一致的現象。主要因合金進行選擇凝固所引起。區域偏析又分正向偏析和逆向偏析兩類。
(1)正向偏析
所謂正向偏析是指鑄造合金中,熔點較低的組元集中分布在鑄件的中心或上部區域,其含量從鑄件的先凝固區到其後凝固區逐漸遞增。而逆向偏析則正好相反,熔點較低的組元集聚在鑄件邊緣。如矽黃銅鑄件易出現正向偏析,即鑄件中心含矽量較高;錫青銅件則易產生逆向偏析,即鑄件表層中錫含量較多。
一般的,具有一定結晶溫度範圍的合金,均會產生一定程度的區域偏析,只是結晶溫度範圍較小的合金,傾向於產生正向偏析;而結晶溫度範圍較寬的結晶時形成發達的樹枝晶的合金,則易產生逆向偏析。如錫青銅件表面的“錫汗”,就是當錫青銅表面先凝固一層硬殼後,由於某種應力的作用,硬殼出現裂紋,殼內未凝固的低熔點組元(錫)占多數的液態合金被擠出殼外而停留在鑄件表面形成的。
即使採用均勻化擴散退火也無法消除區域偏析,因為偏析元素需經長距離的擴散,故區域偏析應以預防為主,一般有以下措施:
(1) 選擇成分合適的合金;
(2) 合理的鑄件結構,即避免厚大斷面;
(3) 正確控制冷卻速度。
3.比重偏析
由於合金中組元比重的不同所引起的偏析,叫比重偏析。比重偏析的產生,有以下幾種情況:
(1)合金中的兩組元在液態下互不相溶,如銅-鋁合金,當此類合金在液態放置過久時,將發生分層現象,比重大的組元沉在下面,比重小的組元浮在上面。
(2)液態合金在攪拌不均的情況下,由於選擇凝固所生成的晶體,其比重與母液不同,或上浮或下沉,形成比重偏析。如巴氏合金中的鉛基合金或錫基合金的偏析。
(3)鑄件的凝固方向也會影響比重偏析。若鑄件的凝固順序是自下而上,對於初生晶的比重較大的合金而言,其比重較小的低熔點相很容易上浮,會加劇比重偏析;反之,當初生晶體的比重較小時,會減輕比重偏析。
總之,對易產生比重偏析的合金而言,必須採取防止措施,如控制熔煉工藝使合金成分均勻;儘量縮短液態合金的放置時間;加快冷卻速度及合理控制鑄件的凝固方向等。

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