如何消除合金枝晶偏析问题

在实际生产条件下，合金液体浇入铸型后，冷却速度一般都很快，因此合金不可能完全按上述的平衡过程进行结晶。由于冷却速度快，原子的扩散过程落后于结晶过程，合金成分的均匀化来不及进行，因此每一温度下的固相平均成分将要偏离相图上固相线所示的平衡成分。这种偏离平衡条件的结晶，称为不平衡结晶，不平衡结晶所得到的组织，称为不平衡组织。

不平衡结晶的结果，使晶粒内部的成分不均匀，即先结晶的晶粒心部与后结晶的晶粒表面的成分不同，由于它是在一个晶粒内的成分的不均匀现象，所以称为晶内偏析。

固溶体结晶通常是以树枝状方式长大的。在快冷条件下，先结晶出来的树枝状晶轴，其高熔点组元的含量较多，而后结晶的分枝及枝间空隙则含低熔点组元较多，这种树枝状晶体中的成分不均匀的现象，称为枝晶偏析。枝晶偏析实际上也是晶内偏析。图3.11是Cu-Ni合金铸造组织的枝晶偏析，镍的质量分数高的主干，不易被腐蚀，呈亮色；后结晶枝晶，铜的质量分数较高，易被腐蚀，呈黑色。

固溶体合金中的偏析大小，取决于相图的形状、原子的扩散能力及铸造时的冷却条件。相图中的液相线与固相线之间的水平距离与垂直距离越大，偏析越严重。偏析原子的扩散能力越大，则偏析程度越小。在其他条件不变时，冷却速度愈快，实际的结晶温度愈低，则偏析程度愈大。(www.xing528.com)

枝晶偏析会使晶粒内部的性能不一致，从而使合金的力学性能降低，特别是会使塑性和韧性降低，甚至使合金不易进行压力加工。因此，生产上总要想办法消除或改善枝晶偏析。

图3.11　Cu-Ni合金铸造组织的枝晶偏析

为了消除枝晶偏析，一般是将铸件加热到低于固相线以下100～200℃的温度，进行较长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，以达到成分均匀化的目的，这种方法称为扩散退火或均匀化退火。