鋁合金鑄錠中的化學(xué)成分偏析

鑄錠中化學(xué)成分分布不均的現(xiàn)象叫偏析。在變形鋁合金中，偏析主要有晶內(nèi)偏析和逆偏析。

　1．1晶內(nèi)偏析
　　
顯微組織中晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均的現(xiàn)象稱晶內(nèi)偏析。

晶內(nèi)偏析的顯微組織特征是，浸蝕后的晶內(nèi)呈水波紋狀的類似樹木年輪狀組織。晶粒內(nèi)顯微硬度不同，晶界附近顯微硬度高，晶粒中心顯微硬度低。

晶內(nèi)偏析的存在，使晶粒內(nèi)部的化學(xué)成分和鑄錠的組織極不均勻，使鑄錠的性能嚴(yán)重惡化，主要是：

1)固溶體晶內(nèi)偏析造成的化學(xué)成分不均勻性和出現(xiàn)的不平衡過剩相，使合金抵抗電化學(xué)腐蝕的穩(wěn)定性降低。

2)非平衡共晶或低熔組成物的出現(xiàn)使合金開始熔化溫度降低，使鑄錠在隨后的熱變形或淬火的加熱過程中容易產(chǎn)生局部過燒。

3)晶內(nèi)偏析不僅造成非平衡相出現(xiàn)和使第二相數(shù)量增加，而且，這些低熔相在晶枝周圍組成硬而脆的枝晶網(wǎng)絡(luò)，使鑄錠的塑性和加工性能急劇降低。

4)由晶內(nèi)偏析造成的化學(xué)成分不均勻性遺傳到半制品中，導(dǎo)致退火后在加工材中形成粗大晶粒。

晶內(nèi)偏析是不平衡結(jié)晶造成的。因此在鋁合金連續(xù)鑄造的實際生產(chǎn)中，晶內(nèi)偏析是不可避免的。消除晶內(nèi)偏析的有效方法是對鑄錠進(jìn)行長時間的均勻化處理。在連續(xù)鑄造時，減輕晶內(nèi)偏析的方法是：靠前，提高冷卻速度，采用變質(zhì)處理以細(xì)化晶粒和晶內(nèi)結(jié)構(gòu)，縮小晶內(nèi)偏析的范圍。第二，采用完全相反的方法，降低冷卻速度，進(jìn)行類似錠模鑄造的深液穴鑄造，以降低鐵、錳等元素的過飽和程度從而減輕偏析程度。第三，選擇一些能適當(dāng)?shù)馗淖兒辖鸾Y(jié)晶性質(zhì)的添加劑。例如在3A21合金中加入適量鐵，使固浴體中錳的濃度降低，從而減少錳在晶粒內(nèi)部分布的不均一性。實際生產(chǎn)中，在有雜質(zhì)鐵存在時，添加鈦對減輕3A21合金固溶體晶粒中的偏析有好處，因為鈦偏析和錳偏析的方向正好相反，樹枝狀晶的中心含鈦高，從而減少了鑄態(tài)晶粒中心和邊緣部分的固熔體濃度之差。

　1．2逆偏析
　　
鑄錠邊部的溶質(zhì)濃度高于鑄錠中心溶質(zhì)濃度的現(xiàn)象稱逆偏析。逆偏析的組織特征不易從顯微組織辨別，只能從化學(xué)成分分析上確認(rèn)。

鋁合金鑄錠中的逆偏析是使鑄錠及其壓力加工制品在力學(xué)性能和物理性能方面產(chǎn)生很大差異的重要原因。逆偏析程度嚴(yán)重的區(qū)域其化學(xué)成分甚至超出標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定范圍，使力學(xué)性能超標(biāo)而報廢。

逆偏析是鋁合金連續(xù)鑄錠凝固過程中的一種拌生現(xiàn)象，無法完全避免，也不能用高溫均勻化使之消除。但根據(jù)逆偏析的形成規(guī)律及影響因素，可以把元素的偏析控制在允許的范圍內(nèi)。其辦法是：

1)提高鑄錠的冷卻強(qiáng)度。

2)選擇適當(dāng)?shù)蔫T造速度，使過渡帶對敞露液面的傾斜角度不致過大，一般以不超過60°為宜。

3)適當(dāng)提高鑄造溫度。

4)采用合適的鑄造漏斗，均勻?qū)Я?，并使它流向鑄錠的邊緣。