枝晶偏析的合金对合金的力学性能影响较大

枝晶偏析的合金对合金的力学性能影响较大。

容易导致合金塑性韧性下降；易引起晶间腐蚀，降低合金的抗蚀性能。

要消除枝晶偏析采用均匀化退火(扩散退火)工业纯铁：塑性较好，强度较低，具有铁磁性，在一般的机器制造中很少应用，常用的是铁碳合金铁素体（F）：碳溶于a -Fe中的一种间隙固溶体，体心立方晶体结构，组织和性能与工业纯铁相同奥氏体（A）：碳溶于g -Fe中的一种间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，变形抗力小，易于锻造成型渗碳体：铁和碳的金属化合物（即Fe3C）属于复杂结构的间隙化合物，硬而脆，强度很低，耐磨性好，是一个亚稳定的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨珠光体（P）：铁素体和渗碳体的机械混合物，是两者呈层片相间的组织，即层片状组织特征，可以通过热处理得到另一种珠光体的组织形态1.纯铁(﹤0.0218%C）2.钢（0.0218%～2.11%C）亚共析钢（0.0218%～0.77%C）共析钢（0.77%C）过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）过共晶白口（4.3%~6.69%C ）共晶白口铁（4.3%C）亚共晶白口铁（2.11~4.3%C）3.白口铸铁（2.11%~6.69%C）1. 亚共析钢的组织是由铁素体和珠光体组成，随含碳量的增加。

其组织中珠光体的数量随之增加，因而强度、硬度也升高，塑性、韧性不断下降。

2. 过共析钢的组织是由珠光体和网状二次渗碳体组成，随着钢中含碳量的增加，其组织中珠光体的数量不断减少，而网状二次渗碳体的数量相对增加，因因强度、硬度上升，而塑性、韧性值不断下降。

但是，当钢中Wc﹥0.9％时，二次渗碳体将沿晶界形成完整的网状形态，此时虽然硬度继续增高，但因网状二次渗碳体割裂基体，故使钢的强度呈迅速下降趋势。

至于塑性和韧性，则随着含碳量的增加而不断降低σe-—弹性极限σs—屈服极限σb—强度极限晶粒细化：→强度↑，且塑韧性↑4.3.1回复1）特征：温度低，光学显微组织未变化，亚结构发生了变化（位错、点缺陷密度降低，甚至出现亚晶界，三个阶段）2）性能：力性变化不明显（强硬度到高温回复阶段有所降低，但不大内应力部分消除,导电率升高4.3.2 再结晶1）特征：温度较高（纯金属：TR≈0.4Tm），重新形核,无畸变的新晶粒完全取代旧晶粒2）性能：强硬度显著降低，塑韧性显著提高（变形前水平）内应力完全消除3）结晶驱动力与再结晶温度4.3.3 晶粒长大性能：强硬度进一步降低，塑韧性提高，但若严重粗化则降低控制：温度、时间，防止过分长大亚（过）共析钢过冷A的等温转变与共析钢相比，C曲线左移，多一条过冷AàF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。

钛合金熔炼时的偏析偏析普遍存在于钛合金中，偏析对合金的力学性能具有较大的影响，甚至可能无法获得合格铸锭。

钛合金的偏析一般分为两类：宏观偏析和微观偏析。

固相无限互溶的合金在三维空间内发生枝晶生长时，引起液体流动的动力将导致宏观偏析。

这些动力包括凝固收缩（或膨胀），冷却时的液相收缩，液体内不同密度引起的重力作用，凝固时固相的收缩及移动，大容积内液体对流向枝晶间的穿透，固-液区内气体的形成。

宏观偏析包括正偏析、负偏析和比重偏析。

微观偏析是指通常的铸件生产中，枝晶干（或胞晶干）心部与枝晶间（或胞晶间）成分上的差异，可以用偏析比S R 表示微观偏析的大小。

微观偏析包括晶内偏析和晶界偏析。

钛合金的偏析影响钛合金组织，钛合金的组织缺陷例如难熔金属夹杂、间隙元素偏析，合金元素偏析引起的组织缺陷，反常态的α相形态等对钛合金的使用寿命、性能方面存在致命的影响。

因此在熔炼过程中如何避免偏析必须引起冶金工作者的注意。

有人研究了Ti-10V-2Fe-3Al合金的熔炼偏析。

实验过程采用电子束冷床炉初熔，VAR二次重熔。

图3-19为距铸锭中心15mm和50mm处合金元素的轴向分布。

可以看出，沿着凝固方向，V和Al元素含量逐渐降低，而Fe元素逐渐升高。

这是因为Fe元素是正偏析元素，朝向熔体方向富集，因此从底部到顶部沿着铸锭凝固方向含量逐渐升高。

下文简要分析几种常见的偏析及形成原因，以帮助在熔炼过程中进行防范。

Ⅰ类α偏析：主要是指O、N、C偏析，最常见的为TiN夹杂，也称为软α型缺陷、间隙元素偏析。

这种偏析通常都很硬，会损害疲劳强度和塑性。

当上述元素浓度很高时，可以观察到包括化合物在内的其他相，这些元素只要很少的量就能对钛的硬度产生显著影响。

钛的氮化物和碳化物以及更难出现的氧化物都有较高的熔点，这些物质在钛熔炼时难于熔化和充分散开，因此原材料中要避免这些间隙元素的浓度过高。

高碳偏析区内粗大晶界、碳化物网等薄弱环节吸收了较多的H，会弱化晶界强度，促进碳化物网的脆性倾向。

过冷度对Ni-Cu合金枝晶偏析影响的相场法模拟侯超杰;靳玉春;赵宇宏;侯华;佟乐乐【摘要】采用耦合热扰动的相场模型,对Ni-Cu合金枝晶生长中的枝晶形貌和微观偏析进行计算和分析,并研究过冷度对其凝同过程中溶质分布的影响.结果表明:随着过冷度的增加,二次枝晶变的更发达,枝晶主干变细,一次枝晶干轴对称中心处的溶质浓度升高,一次枝晶干和二次枝晶臂间富集的溶质更多.过冷度越大,固液界面前沿溶质扩散层越薄,枝晶的微观偏析越严重,即溶质微观偏析程度随过冷度的增大而增大.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2016(026)001【总页数】6页(P60-65)【关键词】Ni-Cu合金;相场法;过冷度;枝晶偏析【作者】侯超杰;靳玉春;赵宇宏;侯华;佟乐乐【作者单位】中北大学材料科学与工程学院,太原030051;中北大学材料科学与工程学院,太原030051;中北大学材料科学与工程学院,太原030051;中北大学材料科学与工程学院,太原030051;中北大学材料科学与工程学院,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TG146.1Ni-Cu合金在工业领域有着非常重要的应用，其结晶方式为树枝状生长，一次枝晶臂两侧存在大量二次枝晶［1］。

在其实际凝固中难以得到完全均衡态的组织，只能进行非平衡凝固。

凝固过程中溶质元素的重新分配会造成合金元素在晶粒内部和晶界的分布不均匀，从而导致成分偏析［2］。

溶质的微观偏析会降低金属产品的力学性能，因此，对金属产品进行定量预测就显得尤为重要［3］。

采用实验方法研究微观偏析时由于观察及测定困难不能准确的进行分析。

随着计算模拟技术在凝固领域的广泛应用，发展出许多凝固微观组织的数值模拟方法。

其中相场法［4］（Phase field method）由于可以对凝固过程微观组织的演化进行更为贴近真实数据的模拟，已成为预测凝固微观组织的重要手段［5-7］。

以Ginzburg-Landau理论为物理基础［8］，通过微分方程来体现具有特定物理机制的扩散、有序化势和热力学驱动的综合作用［9］，再通过计算机编程求解上述方程，从而获枝晶的凝固微观形貌。

力学性能：材料受外力作用时，所表现的抵抗变形和破坏能力。

弹性极限：；屈服强度：；抗拉强度：；塑性指标：伸长率和断面收缩率；硬度：材料抵抗局部变形的能力；布氏硬度：HBW(硬质合金钢)HBS(淬火钢球)；洛氏硬度：HRB（B标准尺），HRBS(钢球)，HRBW(硬质合金钢)；维氏硬度（HV）冲击韧性：冲击载荷作用下，抵抗破坏的能力；疲劳：交变载荷的作用下，在低于屈服强度的情况下发生的断裂；疲劳极限：；晶体：原子在三维空间呈规则排列的固体；非晶体：原子在三维空间呈无序排列的固体；晶体长程有序，非晶体短程有序；相同的晶面和晶向互相垂直。

体心立方：原子数:2;配位数:8;密排面:{110};密排方向:〈111〉；致密度：r=0.68。

面心立方：原子数:4;配位数:12;密排面:{111};密排方向:〈110〉；致密度：r=0.74。

密排六方：原子数:6;配位数:12;密排面:六方底面};密排方向:底面对角线；致密度：r=0.74。

晶体缺陷：点：空位、间隙原子，线：位错，面：亚晶界。

配位数越大的晶体致密度越高。

晶面指数（221）晶面族{100}晶向指数[ 223]晶向族< 100>. 金属的晶态结构有体心立方晶格。

减少或增加位错密度都可提高金属强度。

晶界对位错运动有阻碍作用。

金属的晶粒越细。

晶界总面积就越大，金属的强度就越高。

合金：指由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。

相：金属或合金中，凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。

根据结构不同，可将合金中的相分为固溶体（置换\间隙）和金属化合物。

固溶体中，与合金晶体结构相同的元素成为溶剂。

固溶体一定是单相。

固溶强化：随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度增加，塑性、韧性下降，原因是晶格发生畸变。

这种现象成为~. 金属化合物三高：高硬度、高熔点、高脆性。

渗碳体的晶体结构：复杂斜方晶格化学式与碳原子个数比1：3。

结晶的充要条件：足够的自由能和过冷度。

铝粗枝晶偏析-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述铝粗枝晶偏析是指在铝合金的凝固过程中，出现晶体生长方向不一致的现象，导致部分晶体枝晶增长较为突出，从而形成不均匀的晶粒结构。

这种偏析现象会对材料的性能以及加工工艺产生不良影响，因此对铝粗枝晶偏析的原因和影响因素进行深入研究，以便采取相应的措施减少偏析现象的发生，具有重要的理论和实际意义。

本文主要围绕铝粗枝晶偏析展开讨论。

首先，我们将介绍铝粗枝晶偏析的定义，明确其概念和特征。

其次，我们将探讨形成铝粗枝晶偏析的原因，包括化学成分、凝固速度等因素的影响。

最后，我们将分析影响铝粗枝晶偏析的因素，如温度、合金成分等因素的作用机制。

通过对铝粗枝晶偏析的全面研究，我们可以更好地了解这一现象对铝合金材料性能的影响，为减少偏析现象提供理论依据。

在结论部分，我们将总结铝粗枝晶偏析的影响，探讨减少铝粗枝晶偏析的方法，并展望未来对铝粗枝晶偏析的研究方向。

通过本文的深入探讨，我们期望能够为铝合金材料的制备和加工提供一定的理论指导，从而提高铝合金的质量和性能。

1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文将按照以下结构进行论述：1. 引言：首先对铝粗枝晶偏析进行概述，包括对其定义、形成原因以及影响因素的简要介绍，同时明确本文的目的和意义。

2. 正文：重点分析铝粗枝晶偏析的相关内容，分为以下几个方面进行论述：2.1 粗枝晶偏析的定义：详细解释粗枝晶偏析的概念，包括铝材料中晶粒的生长过程以及晶粒偏析所导致的现象和问题。

2.2 形成铝粗枝晶偏析的原因：深入探讨形成铝粗枝晶偏析的各种原因，包括温度、合金元素含量、凝固速度等因素对晶粒生长和偏析程度的影响。

2.3 影响铝粗枝晶偏析的因素：进一步分析影响铝粗枝晶偏析程度的各种因素，包括材料处理、合金化改性、凝固条件等对晶粒溶质分配和偏析行为的影响。

3. 结论：总结铝粗枝晶偏析对铝材料性能和工艺加工的影响，并提出减少铝粗枝晶偏析的方法和措施。

树枝状偏析和枝晶偏析
树枝状偏析和枝晶偏析是固态合金过程中出现的两种显微组织不均匀性现象。

树枝状偏析是指合金凝固过程中，在晶体生长区域由于溶质元素在晶体和液相之间的分配不均匀，导致晶体内部形成树枝状结构。

这种树枝状结构的形成是由于溶质元素在晶体生长过程中相对于固相的浓度高于溶解度，在晶体生长面的前缘形成了晶界，这些晶界之间形成了一组树枝状结构。

枝晶偏析是指合金凝固过程中，由于溶质元素在晶界区域的偏聚现象，导致晶界附近的组织中富集了溶质元素。

这种偏聚现象是由于晶界附近的扩散速率较快，溶质元素相对于主晶格在晶界处有更高的富集度，从而形成了富集带或偏析带。

这两种偏析现象会影响到合金的力学性能和耐腐蚀性能。

树枝状偏析会导致晶体内部的组织不均匀，从而降低了材料的强度和韧性。

枝晶偏析则会导致晶界区域的组织不均匀，使材料在力学应力作用下容易发生断裂和腐蚀。

因此，在合金制备和热处理过程中需要采取相应的措施来避免或减轻这些偏析现象的影响。

锻件毛坯等温正火常见缺陷及解决办法锻件毛坯等温正火常见缺陷及解决办法文/张军改·河北东安精工股份有限公司等温正火是近年来汽车齿轮用钢预先热处理的一种方法，在实际操作中常常出现一些热处理缺陷，给后续机加工和最终热处理带来不良影响。

本文通过大量实践，总结了锻件毛坯等温正火中常见缺陷及解决办法。

正火和普通正火正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上适当温度（一般增加30～50℃），保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。

其目的是消除或改善坯料制备时所造成的各种组织缺陷，获得最有利于切削加工的组织和硬度，改善组织中各组成相的形态和分布，细化晶粒，为最终热处理做好组织准备。

常用作齿轮用钢的预先热处理，但因其冷却方式是在空气中连续冷却，珠光体类组织形成温度跨度大，组织均匀性差，硬度离散度大，机加工性能不好，容易导致最终热处理变形。

因此，近年来汽车用齿轮钢件普遍采用等温正火作为其预先热处理。

等温正火是指将工件加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温适当时间后快冷至珠光体转变区的某一温度保温，以获得珠光体型组织，然后在空气中冷却的正火工艺。

与普通正火相比，等温正火因其组织转变是在恒定温度下完成的，容易控制非平衡组织（如贝氏体）的形成，使硬度更加均匀，可获得较理想的显微组织，提高机加工精度，减小机加工变形，延长机加工刀具寿命，减少最终热处理变形和开裂倾向，保证最终热处理质量。

但是，如果等温正火工艺参数选择不合适，也会产生各种热处理缺陷，给机加工和最终热处理带来不良影响。

经过多年实践，以下我们总结出等温正火的一些常见缺陷和解决办法。

晶粒细碎、不均晶粒细碎、不均缺陷如图1所示，该缺陷常出现在20CrMnTi材质中，因为这种材质中含有细化晶粒的Ti元素，具有阻止晶粒长大作用。

如果温度不够高，或保温时间不够长，会造成晶粒来不及长大；或部分晶粒长大，但另一部分晶粒还来不及长大。

形成的主要原因是：⑴加热温度低；⑵保温时间短；⑶锻坯快速冷却形成原始组织中有贝氏体或马氏体等，并在正火时难以转变所致。

《材料科学基础》试题库一、选择1、在柯肯达尔效应中，标记漂移主要原因是扩散偶中__C___。

A、两组元的原子尺寸不同B、仅一组元的扩散C、两组元的扩散速率不同2、在二元系合金相图中，计算两相相对量的杠杆法则只能用于__B___。

A、单相区中B、两相区中C、三相平衡水平线上3、铸铁与碳钢的区别在于有无_A____。

A、莱氏体B、珠光体C、铁素体4、原子扩散的驱动力是_B____。

A、组元的浓度梯度B、组元的化学势梯度C、温度梯度5、在置换型固溶体中，原子扩散的方式一般为__C___。

A、原子互换机制B、间隙机制C、空位机制6、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为_B____。

A、肖脱基缺陷B、弗兰克尔缺陷C、线缺陷7、理想密排六方结构金属的c/a为__A___。

A、1.6B、2×√(2/3)C、√(2/3)8、在三元系相图中，三相区的等温截面都是一个连接的三角形，其顶点触及__A___。

A、单相区B、两相区C、三相区9、有效分配系数Ke表示液相的混合程度，其值范围是_____。

（其中Ko是平衡分配系数）A、1<Ke<K0B、Ko<Ke<1C、Ke<K0<110、面心立方晶体的孪晶面是_____。

A、{112}B、{110}C、{111}11、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的___B__。

A、1/3B、2/3C、3/412、金属结晶过程中（ C ）：a、临界晶核半径越大，形核越易；b、临界晶核形成功越大，形核越易；c、过冷度越大，形核越易；d、均质形核比非均质形核容易。

13、三元相图中（）：a、垂直截面图上可应用杠杆定律；b、垂直截面图上三相区域为直边三角形；c、四相共晶反应平面在成份投影图上为曲边四边形；d、四相反应为等温反应。

14、三、判断正误(每小题1分，共10分)正确的在括号内画“√”，错误的画“×”1. 金属中典型的空间点阵有体心立方、面心立方和密排六方三种。