簡介
產生凝固偏析的原理
合金鑄件在不同程度上存在著偏析這是由於合金結晶過程的的特點決定的，一個合金試棒從一端以平直界面進行定向凝固時，沿著試棒的長度方向會產生顯著的偏析，當合金的平衡分配係數k<1時，先結晶部分含溶質少，後結晶部分含溶質多。但是，合金鑄件的液固界面前沿的液體中通常存在著成分過冷，界面大多為樹枝狀，這會改變偏析的形式，當樹枝狀的界面向液相延伸時，溶質將沿著縱向和側向析出，縱向的溶質輸送會引起平行晶枝軸方向的巨觀偏析，而橫向的溶質傳送會引起垂直與枝晶方向的顯微偏析。
凝固偏析的消除方法
（1）平衡凝固：無偏析；
（2）細化晶粒：使偏析不明顯；
（3）快速凝固：使溶質來不及分配；
（4）通過均勻化退火消除。
相關研究
Ti對DZ68合金凝固偏析的影響
用於生產渦輪葉片的鑄造鎳基高溫合金中，加入了多達十餘種的合金元素，總量達到40%左右，是現有高溫合金中合金化程度最高的。對於鑄造高溫合金而言，大量合金元素的加入會導致合金成分的均勻性顯著降低。鑄造合金局部區域的合金化程度偏低將導致性能變差；而另一些區域的合金化程度過高，又會促使各種脆性相的析出，使合金性能難以達到較高水平。由於合金中元素的嚴重偏析，導致合金的凝固溫度區間變寬，使葉片在生產過程中形成冶金缺陷的幾率增高。因此，研發低偏析合金成為近年來鑄造鎳基高溫合金領域的研究熱點之一。基於此，中科院金屬研究所低偏析技術研究組研製出了一種低偏析、高強抗熱腐蝕的定向凝固鎳基高溫合金DZ68。
鎳基高溫合金的高溫持久強度主要取決於γ′相數量。γ′相的主要形成元素是Al。合金中Al含量越高，組織中能獲得的γ′量就越多。Ta與Ti也能促進γ′相的析出。為了有效地利用Al，Ta，Ti三個γ′相的形成元素，需要清楚地掌握三種元素的凝固偏析特點和相互作用，而國內外文獻中對這方面的系統研究工作未見報導。通過研究不同Ti含量的DZ68合金的凝固偏析，初步揭示Ti含量的變化對DZ68合金中其他元素凝固偏析的影響規律，從而確定符合設計要求的DZ68合金中的Ti含量 。
利用光學顯微鏡（OM）、電子探針（EPMA）等手段研究了不同Ti含量的DZ68合金的凝固過程和主元素的偏析。結果表明：在實驗條件下，隨合金中Ti含量的增加，合金的初凝溫度和終凝溫度逐漸降低，但初凝和終凝的溫度區間逐漸增大；Ti含量的增加，促進Ta的正偏析程度，同時也使W的負偏析程度顯著增加。為了減少DZ68合金組織中析出的（γ+γ′）共晶，Ti的質量分數應控制在1.7%以下。
凝固偏析對氧化鋁/鋁-銅合金性能的影響
在鋁基複合材料的製備工藝中，液態浸滲法工藝簡單，設備要求較低，適合工業化生產而被認為是製備複合材料的最成功的方法。眾所周知，金屬的凝固行為本身就極為複雜。而在鋁基複合材料中，由於增強體的加入，使得複合材料凝固過程中的溫度場，流動場和濃度場，晶體生長的熱力學和動力學過程以及材料的組織形態都發生了改變。另外，在複合材料的製備過程中，由於基體合金和普通合金一樣，受選擇結晶以及結晶速度大於溶質擴散速度的影響，不可避免地要在基體中產生化學成分不均勻現象——偏析，並將影響最終的凝固組織，進而影響材料的力學性能，而複合材料的質量不穩定一直是困擾材料工作者的一個大難題。成分偏析又是影響材料產品質量的一個不可忽視的方面。可見，研究纖維增強金屬基複合材料凝固偏析對於提高材料的安全性能及材料的利用率等無疑具有十分重要的現實意義。
有學者利用擠壓鑄造技術製備氧化鋁/鋁-銅合金複合材料，研究了凝固偏析對複合材料機械性能的影響。結果表明：複合材料在凝固過程中由於選擇結晶，基體中的溶質元素偏聚在纖維，基體界面或晶界上；纖維加速了複合材料的時效強化過程，隨著纖維體積分數的增加，複合材料的硬度，強度，彈性模量增大，而塑性下降，隨著預製件預熱溫度的升高，冷卻速度減慢，凝固偏析加劇，複合材料的機械性能下降 。
