什么是合金的偏析？_化学_焊接_铸造_材料

什么是合金的偏析？

合金从液态凝固成固态过程中，各组成元素分布不均匀的现象称为偏析。铸件凝固后，在截面的不同位置，或者晶粒内部会产生化学成分不均匀的现象；焊接熔池一次结晶过程中，由于冷却速度快，已凝固的焊缝金属中化学成分来不及扩散，造成分布不均的现象，都是常见的偏析。主要可以分为如下几个种类。

一、晶内偏析（枝晶偏析）。

晶内偏析，顾名思义，发生在单个晶粒内部，表现为晶粒中心与晶界处出现化学成分不一致的现象。熔点高的组元在凝固过程中优先析出，先结晶于晶粒中心，而熔点低的组元则后结晶于晶界处。也就是说，在一个晶粒内部，也会因凝固时间不同而产生成分不均匀，称为晶内偏析。由于固溶体的晶体常常呈树枝状，所以晶内偏析，也称为枝晶偏析。

由于晶界处富集了低熔点的杂质，弱化了晶界的性能，所以晶内偏析会降低材料的机械性能，抗蚀性能也会下降。常见的消除晶内偏析的方法是：晶粒细化、扩散退火或者均匀化退火、调整浇注温度等。

二、区域偏析（宏观偏析）。

区域偏析通常发生在铸锭或铸件的宏观尺度上，表现为不同区域的化学成分差异。铸锭在不平衡结晶时，先凝固的合金溶质含量较低，后凝固的合金溶质含量较高，造成宏观偏析或称区域偏析。偏析造成的带状组织见图2。

图2

上面说的是不平衡结晶的情形，如果是平衡结晶，结晶过程缓慢，固相和液相的成分有足够的时间和温度扩散混合均匀，偏析就不会发生。因此，常用的优化方法有：优化铸造工艺，采用顺序凝固设计（如设置冒口、冷铁），控制凝固方向，促进补缩；成分调整：选择结晶温度范围较窄的合金，减少区域偏析倾；电磁搅拌：在凝固过程中施加电磁场，促进熔体流动，均匀溶质分布。

三、比重偏析。

由合金中各组元的密度差异引起的偏析，组元密度差越大，偏析倾向越严重。在合金凝固过程中，密度较大的组元下沉，密度较小的组元上浮，形成了分层现象。如铜铝合金中Cu下沉，Al上浮；铸铁中的石墨上浮等都是常见的比重偏析。

除了各个组元的密度差、结晶的成分间隔以及温度间隔也很重要。结晶温度间隔越大，冷却速度越慢，结晶相就有足够的时间在液相中上浮或者下沉，比重偏析就越严重。

图1

比重偏析如何优化呢？一是快速冷却：缩短凝固时间，使先共晶相没有足够的时间上浮或者下沉。二是加入第三种元素，加入与熔体密度相近的元素，形成中间相抑制偏析，以阻挡先共晶相的上浮或者下沉。三是热对流、搅拌，阻止先共晶相的偏聚。

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