有色金屬合金鑄錠缺陷

1、有色金屬合金錠坯缺陷有色金屬合金錠坯缺陷(nonferrousmetalalloyingotdefects)有色金屬合金錠坯的缺陷包括偏析、裂紋、氣孔、夾雜、縮孔與疏松、冷隔等。偏析固態(tài)合金中化學(xué)成分(包括雜質(zhì)元素)分布的不均勻性。偏析的具體分類(lèi)見(jiàn)表。枝晶偏析凝固時(shí)，溶質(zhì)原子的重新分配和非平衡結(jié)晶引起的微觀偏析。如圖a所示，成分為x的液溶體，當(dāng)溫度由丁1降至T2時(shí)開(kāi)始結(jié)晶出成分為S2的固溶體。冷至T3時(shí)固相成分為S3，但由于鑄錠時(shí)，結(jié)晶

2、速度通常遠(yuǎn)大于溶質(zhì)原子在固相中的擴(kuò)散速度，固相成分來(lái)不及均勻化，因而在T3時(shí)固相的平均成分處于S2和S3之間的S’3。如此繼續(xù)，在結(jié)晶過(guò)程中，固相成分的變化便偏離了固相線，沿著S2S’3S’4S’5變化。結(jié)晶后在晶粒內(nèi)部便出現(xiàn)了成分的不均勻性，如圖b所示。由此可見(jiàn)，合金相圖中，液相線與固相線間水平間距越大，合金組元的擴(kuò)散系數(shù)越小，晶內(nèi)偏析就越嚴(yán)重。在其他條件相同時(shí)，冷卻速度越大，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重。但過(guò)大的冷卻速度，使溶質(zhì)重新分配的擴(kuò)散來(lái)不

3、及進(jìn)行反而會(huì)使枝晶偏析減輕。(2)相向生長(zhǎng)的晶粒相碰，形成垂直方向的晶界偏析。此種偏析在濃度上和尺寸范圍上都較大。金屬間化合物一次晶偏析金屬間化合物一次晶的過(guò)分長(zhǎng)大或富集而造成的鑄錠化學(xué)成分的不均勻性。在連續(xù)或半連續(xù)鑄造時(shí)，在流槽或液穴中往往形成一定數(shù)量的金屬問(wèn)化合物一次品的核心，并在液穴中繼續(xù)形成和長(zhǎng)大。當(dāng)大部分溶體結(jié)晶溫度遠(yuǎn)低于一次品化合物生成和長(zhǎng)大溫度時(shí)，一次晶化合物得以充分長(zhǎng)大，并由于自重和振動(dòng)等因素的影響，飄落在結(jié)晶面上，成為

4、分散的一次晶化合物偏析。若飄落后發(fā)生聚集，則成為大塊的一次晶化合物偏析。嚴(yán)格控制合金元素及雜質(zhì)含量、適當(dāng)提高澆鑄溫度、加入適量變質(zhì)劑可減少或消除此種偏析。上述微觀偏析與不平衡結(jié)晶密切相關(guān)，在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，可通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱(見(jiàn)有色金屬合金錠坯均勻化)來(lái)減輕或消除。正偏析后結(jié)晶部位的溶質(zhì)或雜質(zhì)濃度高于合金中的平均濃度的偏析。在正溫度梯度下，當(dāng)K01時(shí)，凝固界面前的液相中將有一部分溶質(zhì)被排出。隨著界面向中心推移，溶質(zhì)濃度將逐漸增加

5、，造成鑄錠邊部溶質(zhì)濃度較低，越接近心部溶質(zhì)濃度越高，形成正偏析。增加冷卻速度，加快合金結(jié)晶，使液相溶質(zhì)來(lái)不及擴(kuò)散和重新調(diào)整，可減輕正偏析的程度。反偏析K01時(shí)，后結(jié)晶部位的溶質(zhì)或雜質(zhì)的濃度低于合金中平均濃度。在凝固時(shí)，在模壁上首先形核結(jié)晶，將部分溶質(zhì)排除在界面前沿，造成了成分過(guò)冷的液體存在于枝晶間。當(dāng)晶體繼續(xù)長(zhǎng)大時(shí)，由于凝固引起體積收縮造成毛細(xì)孔隙。在靜壓力下，高濃度液相通過(guò)柱狀晶間的孔隙壓到鑄錠表面，形成反偏析，甚至形成所謂反偏析瘤。

6、控制澆鑄和結(jié)晶條件得到等軸晶組織，減少表面層殘存過(guò)冷液體量，可減少反偏析。帶狀偏析平行于結(jié)晶晶體生長(zhǎng)界面形成的偏析。一般出現(xiàn)在定向結(jié)晶的情況下。若溶質(zhì)原子在液相中的擴(kuò)散速度小于晶體生長(zhǎng)速度，在界面前沿的液相中便會(huì)發(fā)生溶質(zhì)富集，造成成分過(guò)冷，發(fā)生晶體非定向生長(zhǎng)，將高濃度液相部分封閉起來(lái)。被封閉部分繼續(xù)長(zhǎng)大又重復(fù)上述情況，這樣便形成了帶狀偏析。減小成分過(guò)冷，采用連續(xù)攪拌或振動(dòng)會(huì)減少或消除帶狀偏析。密度偏析由密度差引起的區(qū)域偏析。液固兩相或液