铝合金铸锭中的化学成分偏析

铸锭中化学成分分布不均的现象叫偏析。在变形铝合金中，偏析主要有晶内偏析和逆偏析。

　1．1晶内偏析
　　
显微组织中晶粒内化学成分不均的现象称晶内偏析。

晶内偏析的显微组织特征是，浸蚀后的晶内呈水波纹状的类似树木年轮状组织。晶粒内显微硬度不同，晶界附近显微硬度高，晶粒中心显微硬度低。

晶内偏析的存在，使晶粒内部的化学成分和铸锭的组织极不均匀，使铸锭的性能严重恶化，主要是：

1)固溶体晶内偏析造成的化学成分不均匀性和出现的不平衡过剩相，使合金抵抗电化学腐蚀的稳定性降低。

2)非平衡共晶或低熔组成物的出现使合金开始熔化温度降低，使铸锭在随后的热变形或淬火的加热过程中容易产生局部过烧。

3)晶内偏析不仅造成非平衡相出现和使第二相数量增加，而且，这些低熔相在晶枝周围组成硬而脆的枝晶网络，使铸锭的塑性和加工性能急剧降低。

4)由晶内偏析造成的化学成分不均匀性遗传到半制品中，导致退火后在加工材中形成粗大晶粒。

晶内偏析是不平衡结晶造成的。因此在铝合金连续铸造的实际生产中，晶内偏析是不可避免的。消除晶内偏析的有效方法是对铸锭进行长时间的均匀化处理。在连续铸造时，减轻晶内偏析的方法是：靠前，提高冷却速度，采用变质处理以细化晶粒和晶内结构，缩小晶内偏析的范围。第二，采用完全相反的方法，降低冷却速度，进行类似锭模铸造的深液穴铸造，以降低铁、锰等元素的过饱和程度从而减轻偏析程度。第三，选择一些能适当地改变合金结晶性质的添加剂。例如在3A21合金中加入适量铁，使固浴体中锰的浓度降低，从而减少锰在晶粒内部分布的不均一性。实际生产中，在有杂质铁存在时，添加钛对减轻3A21合金固溶体晶粒中的偏析有好处，因为钛偏析和锰偏析的方向正好相反，树枝状晶的中心含钛高，从而减少了铸态晶粒中心和边缘部分的固熔体浓度之差。

　1．2逆偏析
　　
铸锭边部的溶质浓度高于铸锭中心溶质浓度的现象称逆偏析。逆偏析的组织特征不易从显微组织辨别，只能从化学成分分析上确认。

铝合金铸锭中的逆偏析是使铸锭及其压力加工制品在力学性能和物理性能方面产生很大差异的重要原因。逆偏析程度严重的区域其化学成分甚至超出标准的规定范围，使力学性能超标而报废。

逆偏析是铝合金连续铸锭凝固过程中的一种拌生现象，无法完全避免，也不能用高温均匀化使之消除。但根据逆偏析的形成规律及影响因素，可以把元素的偏析控制在允许的范围内。其办法是：

1)提高铸锭的冷却强度。

2)选择适当的铸造速度，使过渡带对敞露液面的倾斜角度不致过大，一般以不超过60°为宜。

3)适当提高铸造温度。

4)采用合适的铸造漏斗，均匀导流，并使它流向铸锭的边缘。