宏观偏析(macrosegregation)亦称为“
区域偏析”,指金属铸锭(铸件)中各宏观区域
化学成分不均匀的现象。包括
正常偏析、
反常偏析和
比重偏析。宏观偏析造成铸锭(铸件)组织和性能的
不均匀性。它和材料本性、浇铸条件、冷却条件等许多因素有关,虽然无法绝对避免,但应当控制在一定范围之内。
大范围出现的
偏析称为宏观偏析。宏观偏析大都由于
凝固过程液相或固相的
物理运动所致。小区域范围内的扩散可能会导致严重的
微观偏析。凝固初期浮选或沉淀过程(如凝固初期夹杂的上浮或精细颗粒的沉淀)均可能导致物理位移。然而,大多数宏观偏析产生原因却是液-固相晶枝间的流动。而
凝固收缩、重力诱发的对流以及固体运动(例如鼓肚)确是产生上述流动的原因。
如图1所示为凝固过程固-液区域
体积元的
示意图。此微元也可能代表固-液界面附近的液相流动。因为
两相区液体成分随空间不同而有所不同,与
液相线平行的任意晶枝流动均可能影响微元的成分。此时溶解物守恒需要用到修正的Scheil方程:
式中β为凝固收缩量,ε为温度变化率。上式的物理重要性可由以下模型体现:
等温线沿x轴以速度R移动。
表达式为:
vx为垂直与等温线的等温线
移动速度。当vx和β均为0时,等价于Scheil方程。当下式成立时式,上亦等价于Sheil方程:
上述流动正好填充凝固收缩,稳态凝固时无宏观偏析现象。流动速度太大(随
温度梯度下降过程)可能产生
负偏析;太小或反向流动则产生
正偏析。
1. 保证合金成分,使凝固过程中液体密度差别最小。
2. 适当的铸件或铸锭高度。
宏观偏析,又称
区域偏析,形成原因:铸件过厚、浇注温度过高、凝固时冷却速度过慢,易使
凝固温度范围宽的合金产生区域偏析。合金吸气较严重时,会加重区域偏析;补救措施:偏析使铸件的
力学性能降低,易导致热裂和
冷裂,降低铸件的
耐蚀性,严重时会导致铸件因性能不合格或断裂而报废或失效。宏观偏析不可通过
均匀化退火或
变形加工完全消除。