《材料成形基本原理 第2版 教学课件 ppt 作者 刘全坤主编 第十一章第一节 合金中的成分偏析》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料成形基本原理 第2版 教学课件 ppt 作者 刘全坤主编 第十一章第一节 合金中的成分偏析(17页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、什么叫偏析? 为什么会出现偏析? 偏析的利弊? 偏析的分类,合金在凝固过程中发生的化学 成分不均匀现象称为偏析,偏析是合金在凝固过程中由于溶质再分配和扩散不充分引起的,偏析对合金的力学性能、抗裂性能及耐腐蚀性能等有程度不同的损害。但利用偏析现象可以净化或提纯金属等。,第一节 合金中的成分偏析,一、微观偏析 二、宏观偏析 三、焊接熔合区的化学成分不均匀,一、微观偏析,微观偏析是指微小范围(约一个晶粒范围)内的化学成分不均匀现象,按位置不同可分为: 晶内偏析(枝晶偏析) 晶界偏析 微观偏析的影响因素与消除措施,1、晶内偏析,晶内偏析是在一个晶粒内出现的成分不均匀现象,常产生于具有结晶温度范围、能够
2、形成固溶体的合金中。 固溶体合金按树枝晶方式生长时,先结晶的枝干与后结晶的分枝也存在着成分差异,又称为枝晶偏析。,2、晶界偏析,在合金凝固过程中,溶质元素和非金属夹杂物常富集于晶界,使晶界与晶内的化学成分出现差异,这种成分不均匀现象称为晶界偏析。,晶界偏析比晶内偏析的危害更大,既能降低合金的塑性与高温性能,又增加热裂纹倾向。,Ni-25% Cu合金快凝后的树枝状偏析,晶粒并排生长,晶界平行于晶体生长方向,晶界与液相的接触处存在凹槽,溶质原子在此处富集,凝固后就形成了晶界偏析。,晶粒相对生长,在对合处彼此相遇。晶粒结晶时所排出的溶质(k01)和其他杂质元素在固-液界面前沿富积,在最后凝固的晶界对
3、合部位将含有较多的溶质和其他低熔点物质,造成晶界偏析。,偏析程度的影响因素,合金液、固相线间隔 偏析元素的扩散能力 冷却条件,(宽),(弱),(快),微观偏析的影响因素与消除措施,微观偏析程度一般用偏析系数|1k0|来衡量。|1k0|值越大,固相和液相的浓度差越大,晶内偏析越严重。 表11-1 不同元素在铁中的偏析系数,微观偏析是一种不平衡状态,在热力学上是不稳定的。可通过扩散退火或均匀化退火来消除,即将合金加热到低于固相线100200的温度,进行长时间保温,使偏析元素进行充分扩散,以达到均匀化。,二、宏观偏析,宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析,包括: 正常偏析 逆偏析 V形偏析和逆V形偏析 带状
4、偏析与层状偏析 重力偏析,图11-3 单向凝固时铸棒内溶质的分布 a平衡凝固 b液相只有扩散 c液相完全混合 d液相部分混合,正常偏析随着溶质偏析系数|1-k0|的增大而增大。但对于偏析系数较大的合金,当溶质含量较高时,合金倾向于体积凝固,宏观偏析反而减轻。,偏析使铸件性能不均匀,也难以通过热处理消除,但可以利用溶质的正常偏析现象对金属进行提纯精炼。,焊接熔池凝固时,随着柱状晶体的长大和固-液界面的推进,会将溶质或杂质赶向焊缝中心。当焊接速度较大时,成长的柱状晶会在焊缝中心相遇,在中心形成正偏析。在拉伸应力作用下,焊缝极易产生纵向裂纹。,逆偏析的成因在于结晶温度范围宽的固溶体合金,在缓慢凝固时
5、易形成粗大的树枝晶,枝晶相互交错,枝晶间富集着低熔点相,当铸件产生体收缩时,低熔点相将沿着树枝晶间向外移动。,Al-4.7Cu 合金铸件的逆偏析,铸锭的宏观 偏析分布示意图,由于密度的差异,先凝固部分结晶沉淀,在铸锭的下半部形成低于平均成分的负偏析区,上部则形成高于平均成分的正偏析区。,当铸锭中央部分在凝固下沉时,侧面向斜下方产生拉应力,在其上部形成逆V形裂缝,并被富含溶质的液相所填充,最终形成逆V形偏析带。,带状偏析常出现在铸锭或厚壁铸件中,有时是连续的,有时则是间断的,偏析的带状总是和液-固界面相平行。 带状偏析的形成是由于固-液界面前沿液相中存在溶质富集层且晶体生长速度发生变化的缘故。
6、焊缝凝固中的层状偏析与带状偏析机理相同。,图11-9 熔合区中硫的分布 注:上面数字E=11.76kJ/cm 下面数字E=23.94kJ/cm,熔合区是母材与熔池的界面, Tm 温度下由于S、P等杂质元素在固相中的平衡含量远低于液相,造成近界面部位母材中的 S、P 向焊缝中转移,在界面前沿的液相中形成杂质元素富集层,随后快速凝固。,熔合区的化学成分不均匀程度与焊接规范有关,大的焊接线能量会使不均匀程度加剧(见图中三组数据中的下行),三、焊接熔合区的化学成分不均匀,结构钢与不锈钢异种钢接头熔合区中碳的分布示意图,异种钢接头焊材一般采用高韧性的奥氏体焊材,由于焊缝富含碳化物形成元素,故碳在其内的活度远低于碳钢母材,在焊后加热过程中,固溶在碳钢HAZ中的碳易向焊缝中扩散,在熔合线两侧分别形成增碳区和脱碳区。,