在澆鑄中,鑄坯中心部位的碳、磷、硫、錳等元素含量高于鑄坯邊緣的現象稱為中心偏析。中心偏析則會影響終極產品的質量和加工性能,是一種典型的鑄坯內部缺陷,需要分析其機理并加以控制。
1、產生機理
1)“小鋼錠”理論
在鑄坯的凝固過程中,由于鑄坯的傳熱和冷卻的不穩定性,導致柱狀晶生長的不穩定性,生長較快的柱狀晶在鑄坯中心相遇形成“搭橋”,并且在鑄坯中心呈斷續分布,液相穴內的鋼液就被斷斷續續分布的“搭橋”分割開,當晶橋下面的鋼液凝固收縮時得不到上部鋼液的補充時,就形成疏松或縮孔,并伴有中心偏析。
2)鑄坯芯部空穴抽吸理論
鑄坯在凝固末期由于液相到固相的體積收縮會產生一定空穴,因此,凝固末端富集溶質元素被吸入到空穴中,導致中心偏析;如果再凝固過程中發生鼓肚,在鑄坯中心也會產生空穴,同樣這些空穴具有抽吸作用,使富集溶質元素的鋼液吸入鑄坯中心,形成中心偏析。
3)溶質元素析出與富集理論
鑄坯向中心凝固過程中,由于選分結晶的作用,一些溶質元素( 如碳、錳、硫等) 在凝固前沿平衡移動,發生溶質再分配。隨著凝固過程的進行,越來越多的溶質元素被推擠到鑄坯中心部位,最終形成中心偏析。
2、控制中心偏析的措施
1)低過熱度澆鑄
金屬凝固主要經過結晶形核和晶體長大兩個階段。其中,形核率和晶體生長速度和液態金屬的過熱度、溫度梯度都有著密切的聯系:過熱度低,形核率高,越容易形成等軸晶,對減小中心偏析有利。
2)控制冷卻強度
對于二冷配水,采用弱冷卻強度,控制柱狀晶的生長,會增加等軸晶比例,獲得良好鑄坯質量;采用較強冷卻強度在溶質元素還沒來得及析出就凝固。故此,采取合適的二冷強度可以減輕碳偏折程度。
3)拉速
在相同的澆鑄過熱度和電磁攪拌條件下,降低拉速也會使凝固散熱量減少,坯殼加厚,減少碳偏析程度加大。