简述枝晶偏析形成原因和消除方法。
枝晶偏析形成原因 枝晶偏析又称晶内偏析,是指在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象。
其形成主要源于合金结晶过程的特性。
结晶温度范围:大多数合金具有一定的结晶温度范围。
在结晶过程中, 先结晶的部分含高熔点组元较多,后结晶的部分含低熔点组元较多。
例如,在二元合金中,当合金液体冷却到液相线温度开始结晶时,首先结晶出的固相成分与原合金成分不同,随着温度下降,固相成分和剩余液相成分不断变化。
非平衡结晶:实际生产中,合金的冷却速度较快,原子扩散来不及充分进行。
在这种非平衡结晶条件下,固溶体按树枝状方式生长,先结晶的枝干和后结晶的枝间成分无法达到均匀一致,从而导致枝晶偏析。
消除方法 均匀化退火:这是消除枝晶偏析的常用方法。
将有枝晶偏析的合金加热到低于固相线温度的某一适当温度范围,并长时间保温。
在高温下,原子的扩散能力增强,经过足够长的时间,可使合金中的化学成分趋于均匀,从而消除枝晶偏析。
例如铝合金铸件,通常在 450 - 550℃进行均匀化退火数小时至数十小时不等,具体温度和时间取决于合金成分和铸件尺寸等因素。
热加工:通过锻造、热轧等热加工工艺,在压力作用下金属发生塑性变形,枝晶破碎,同时原子扩散能力因温度较高而增强,促使成分趋于均匀,在一定程度上减轻枝晶偏析 。
不过,热加工对于完全消除枝晶偏析的效果不如均匀化退火彻底,常作为辅助手段与退火工艺配合使用。
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