什么是合金的偏析？

铁匠

合金从液态凝固成固态时，组成元素在不同部分分布不均匀，这种现象就称为偏析。

一、比重偏析。
这种偏析是由组成相与熔融的液相之间的密度不同引起的。如过共晶或者亚共晶合金结晶时，先结晶的亚共晶或者过共晶相如果与液态相密度相差较大，缓慢冷却，这些结晶相就会上浮或者下沉，这样就导致因结晶时间先后造成的上下区域的化学成分不一致，形成比重偏析。

铸铁中的石墨上浮就是一种比重偏析。

显然，比重偏析与合金各个组元的密度差、相图上结晶的成分间隔以及温度间隔有关。

合金组元密度差别大，相图上的结晶成分间隔越大，则先共晶相与液相的密度差越大。相图结晶温度间隔越大，冷却速度越慢，结晶相就有足够的时间在液相中上浮或者下沉，比重偏析就越严重。

如何防止比重偏析发生？
一是快冷。使先共晶相没有足够的时间上浮或者下沉。
二是加入第三种元素，液相凝固时先形成一种与液相密度相近的相，以阻挡先共晶相的上浮或者下沉。三是热对流、搅拌，阻止先共晶相的偏聚。

二、区域偏析。
固溶体合金在不平衡结晶时，先凝固的合金溶质含量较低，后凝固的合金溶质含量较高。这会造成宏观偏析或者区域偏析。

较纯的晶体熔点较高，杂质较多的晶体熔点相对较低。冬天大雪封路时，在路上撒盐，就可以使雪融化，就是这个道理。盐水的熔点低于零度，路面撒盐，不用喷洒热水，积雪自己就会慢慢融化。
上面说的是不平衡结晶的情形，如果是平衡结晶，结晶过程缓慢，固相和液相的成分有足够的时间和温度扩散混合均匀，偏析就不会发生。

三、枝晶偏析。

固溶体结晶时，对于单个的晶粒而言，先结晶的部分含有较多高熔点组元，后结晶的部分则含有较多低熔点组元，也就是说，在一个晶粒内部，也会因凝固时间不同而产生成分不均匀，称为晶内偏析。
固溶体的晶体常常呈树枝状，枝干与枝间成分不一样，所以晶内偏析，有时也称为枝晶偏析。
晶内偏析会降低材料的机械性能，抗蚀性能也会下降。消除晶内偏析的办法是扩散退火或者均匀化退火。

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钢材偏析的影响
钢材偏析会对钢材的性能产生不良影响，主要包括以下几个方面：
机械性能：钢材偏析会导致钢材的拉伸强度、屈服强度、伸长率和冲击韧性等机械性能不均匀。这种不均匀性可能导致钢材在使用过程中出现断裂或失效等问题。
物理性能：钢材偏析会导致钢材的磁性能、导热性和导电性等物理性能不均匀。这种不均匀性可能影响钢材在特定环境下的使用性能。
化学性能：钢材偏析会导致钢材的耐蚀性和耐热性等化学性能不均匀。这种不均匀性可能使钢材在腐蚀或高温环境下出现性能下降或失效等问题。

钢材偏析的控制和改善措施
为了减少钢材偏析现象对钢材性能的影响，需要采取适当的控制和改善措施。以下是一些常见的控制和改善措施：
严格控制化学成分：在钢材生产过程中，需要严格控制钢材的化学成分，确保元素的均匀分布和含量的稳定性。
优化加热和冷却工艺：通过优化加热和冷却工艺，减少温度梯度的影响，降低偏析现象的发生概率。
采用先进的冶炼和铸造技术：采用先进的冶炼和铸造技术，如真空冶炼、电渣重熔等，可以减少元素在钢材中的不均匀分布和偏析现象的发生。
进行热处理或加工处理：对已经存在偏析现象的钢材进行热处理或加工处理，如均匀化退火、正火、淬火等，可以消除或减少偏析现象的影响。