化学成分的均匀性与偏析

1）模具钢通常是含有多种元素的合金钢，钢在锭模中从液态凝固时，由于选向结晶的缘故，钢液中各种元素在凝固的结构中分布不均匀而产生偏析，这种化学成分的偏析将造成组织和性能的差异，它是影响模具钢质量的重要因素之一。因此降低钢的偏析度可有效地提高钢的性能。近年来，国内外一些冶金企业都在致力于研究和生产成分均匀、组织细化的模具钢材。

2）偏析是钢的成分与组织不均匀性的表现，是模具钢低倍组织检验中常存在的一种缺陷。偏析是钢锭在凝固过程中形成的，与钢的化学成分和浇注温度等有关。一般分为树枝状偏析、方形偏析、点状偏析或区域偏析、密度偏析等。

① 树枝状偏析是合金元素在枝晶臂上不均匀的分布。当液态金属进入锭模后，锭模的温度升高，液态金属的冷却速度降低，过冷度减小，形核速率降低，但此时长大速率受到的影响较小，优先长大方向与散热最快方向（向外垂直模壁方向）向液体内部平行长大形成柱状晶。由于液态金属中溶质元素含量高于先形成的树枝状晶，所以造成枝晶偏析。枝晶间距越大，元素的偏析程度越大。树枝状偏析的存在，使钢在各个不同方向的力学性能表现出明显的差异。

② 方形偏析是由于铸锭结晶时，在柱状晶的末端与锭心等轴晶区之间，聚集了较多的杂质和孔隙而形成的。严重的方形偏析，对钢材质量的影响是显著的，特别是切削加工量很大的零件或心部受力的模具零件。偏析除了影响模具钢力学性能的等向性外，对模具的抛光性能也有一定的影响。因此，国外相关的标准中对偏析有严格的规定。(https://www.daowen.com)

③ 点状偏析是钢中较为常见的一种低倍缺陷，点状偏析是由于结晶条件不良，钢液在凝固过程中冷却较慢产生的成分偏析，是钢中大量气体在黏稠钢液中枝晶间富集低熔点组元和夹杂的糊状钢液回填而成的。气体与夹杂物含量较高，呈现不同形状和大小的暗色斑点。如果斑点分散在整个截面上，则称为一般点状偏析；如果斑点集中在边缘，则称为边缘点状偏析。点状偏析易引起钢材的脆断。

④ 区域性偏析是在较大范围内化学成分不均匀的现象。这种偏析与浇注温度、浇注速度等有关，一旦出现，退火无法将该情况消除，因此应尽量避免。

⑤ 密度偏析是合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的密度差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。可采用降低浇注温度、加大冷却速度、加入微量元素等方法防止。