資源描述：
《連鑄理論及工藝-連鑄理論.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、偏析問題金屬凝固原理主要內(nèi)容：1.凝固組織2.偏析宏觀偏析微觀偏析1.連鑄坯的凝固組織結(jié)構(gòu)連鑄坯的鑄態(tài)凝固組織通常是由三個區(qū)域組成的，即：(1)邊部是細小等軸激冷晶區(qū)，寬度在5mm左右。它是在100℃／s左右的速度下迅速冷卻形成的；(2)相鄰的是柱狀晶區(qū)，它基本上是垂直于鑄坯表面且向心部生長的；(3)中心等軸晶區(qū)，并伴有不同程度的中心偏析和疏松。2.偏析在凝固過程中，連鑄坯會發(fā)生各種各樣缺陷。這些分布在鑄坯表面和內(nèi)部的缺陷損害了鋼材的收得率。在嚴重時，它們還可能延長鑄機停機時間，從而造成巨大的生產(chǎn)損失。因此，冶金工程師和
2、鑄機設計者必須充分了解連鑄坯缺陷的產(chǎn)生原因，進而采用有效的措施。1—內(nèi)部角裂；2—側(cè)面中間裂紋；3—中心線裂紋；4—中心線偏析；5—疏松；6—中間裂紋；7—非金屬夾雜物；8—皮下鬼線；9—縮孔；10—中心星狀裂紋對角線裂紋；11—針孔；12—半宏觀偏析偏析的類型合金在凝固過程中有溶質(zhì)的再分布，并且凝固過程往往未能擴散均勻，使凝固后的相的成分不均勻，這就是所謂的偏析現(xiàn)象。在鋼中，總有一定程度的偏析出現(xiàn)。它們可能是形成堅硬結(jié)構(gòu)組成如馬氏體或貝氏體的原因。偏析可分為微觀偏析、宏觀偏析兩類，連鑄坯中的宏觀偏析主要表現(xiàn)為中心偏析。
3、造成溶質(zhì)再分配的原因有：(1)由于固相線和液相線之間的溫度差而在凝固前沿的聚集；(2)在冷卻到室溫過程中的擴散；(3)熱處理偏析：在結(jié)晶過程中發(fā)生化學成分的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。根據(jù)偏析的分布特點可分為：微觀偏析晶內(nèi)偏析晶界偏析宏觀偏析正常偏析逆偏析比重偏析(1)晶內(nèi)偏析(枝晶偏析)非平衡結(jié)晶中，枝晶與枝晶間先凝固與后凝固的固溶體中含溶質(zhì)的量不同，從而形成晶粒內(nèi)部的化學成分不均勻的現(xiàn)象。研究表明，合金以枝晶方式生長時，在整個晶粒有90%以上的熔體是以充填分枝之間的方式結(jié)晶的，即由枝晶的側(cè)面結(jié)晶，枝晶的側(cè)面生長往往接近于平面
4、方式。因此，各組元在枝干中心與其邊緣之間的濃度分布可近似地用Scheil方程式或者非平衡杠桿定理進行描述。應指出的是，Scheil方程式是在假定固相無擴散而液相均勻混合的條件下推導出來的。當考慮到固相有擴散時，界面上固相的溶質(zhì)濃度與其固相分數(shù)之間的關(guān)系可由下式描述：顯微偏析討論：若K0與1偏離越遠，或Ds越小，則偏析越嚴重。通常用｜1-K0｜值定性地衡量枝晶偏析的程度。越大，偏析就越嚴重。｜1-K0｜稱為偏析系數(shù)。P、S、B、C等元素在Fe中的偏析系數(shù)分別為0.94、0.90、0.87、0.74，這幾種元素往往容易在鋼中
5、產(chǎn)生偏析。晶內(nèi)偏析的量化指標通常采用偏析比表示，所謂偏析比是指晶內(nèi)最高溶質(zhì)濃度Cmax與最低溶質(zhì)濃度Cmin之比值，即：SR=Cmax/CminSR值越大，表示偏析越嚴重。冷卻速度對枝晶偏析也有重要的影響，在其他條件相同時，冷卻速度越大，過冷越大，開始結(jié)晶的溫度越低，原子的擴散能力越小，溶質(zhì)擴散越不充分，枝晶偏析就越嚴重；但當冷卻速度大到一定程度后，隨著冷卻速度的增加，枝晶偏析的程度反而有所減小，甚至消除。冷卻速度對鑄錠中Ca偏析的影響(1)Mg-Ca合金(2)Mg-Al-Ca合金在許多情況下，晶粒內(nèi)部偏析并不明顯，而晶
6、界偏析卻十分明顯。(2)晶界偏析凝固時若晶界與長大方向平行，由于表面能的要求，在晶界與界面相交之處會產(chǎn)生溝槽，如圖所示。存在組分過冷時，會在晶界溝槽處產(chǎn)生明顯的偏析。另外，若界面前堆積溶質(zhì)原子，在兩個晶粒相碰時形成晶界，晶界收納了較多的溶質(zhì)原子，如圖所示。預防與消除措施：晶內(nèi)偏析是一種不平衡狀態(tài)，如果能使溶質(zhì)充分擴散即可消除。把鑄件加熱到低于固相線100～200℃，長期保溫，即進行擴散退火則可減輕或消除晶內(nèi)偏析。1、晶界位置與晶粒生長方向平行兩晶粒并排生長兩個晶粒并排生長，晶界平行于生長方向，由于表面張力平衡條件的要求，
7、在晶界與液相的接觸處出現(xiàn)凹槽，深度可到10-8cm，此處有利于溶質(zhì)原子的富集，凝固后就形成了晶界偏析。2、晶粒相碰形成的晶界偏析兩晶粒對面生長如圖所示，兩個晶粒相對生長，彼此相遇而形成晶界。兩個晶粒結(jié)晶時所排出的溶質(zhì)（k0＜1）就富集在晶界上。這樣，在最后凝固的晶界部分將含有較多的溶質(zhì)和其他低熔點物質(zhì)，從而造成晶界偏析。合金在凝固過程按柱狀晶生長時，柱狀晶界面之間有著明顯的晶界偏析。晶界偏析的危害：晶界偏析與晶內(nèi)偏析形成原因基本相同，都屬于微觀偏析，因此，它們的影響因素也基本一樣。這類偏析除個別情況有益外（如改善耐磨性）
8、，一般都有害。它們會導致鑄件的力學性能降低，特別是塑性和沖擊韌性的降低，增加合金的熱裂傾向，甚至使金屬不易進行熱加工晶界偏析的預防和消除方法同晶內(nèi)偏析所采用的措施相同，即細化晶粒和均勻化退火。但是晶界上存在的穩(wěn)定化合物，如氧化物、硫化物和某些碳化物，即使采用均勻化退火往往也無法消除，因此，對這些化合物引起的晶界偏析，
