壓(ya)(ya)力(li)除了能夠對溶(rong)質平衡(heng)分(fen)(fen)配系數(shu)(shu)(shu)、擴散系數(shu)(shu)(shu)以(yi)及液相線(xian)斜率等參數(shu)(shu)(shu)產生影(ying)(ying)響以(yi)外，還能改變影(ying)(ying)響溶(rong)質長程傳質的(de)冷卻速率、等軸晶(jing)(jing)形核(he)以(yi)及沉(chen)積等,從(cong)而影(ying)(ying)響鑄錠溶(rong)質分(fen)(fen)布(bu)的(de)均勻性(xing)，即(ji)宏(hong)／微觀(guan)偏(pian)(pian)析(xi)；如結合(he)平衡(heng)分(fen)(fen)配系數(shu)(shu)(shu)和形核(he)吉布(bu)斯自由能隨壓(ya)(ya)力(li)的(de)變化規律，加(jia)壓(ya)(ya)會抑制枝晶(jing)(jing)沿壓(ya)(ya)力(li)梯度方(fang)向的(de)生長，從(cong)而導(dao)致枝晶(jing)(jing)組(zu)織和微觀(guan)偏(pian)(pian)析(xi)呈現(xian)方(fang)向性(xing)等。
王書桓等(deng)71利(li)用高(gao)(gao)溫高(gao)(gao)壓(ya)反應釜研究了(le)壓(ya)力對(dui)于CrN12高(gao)(gao)氮(dan)鋼(gang)凝(ning)固過程中(zhong)偏析現象。他們利(li)用LECO-TC600氮(dan)氧儀測量了(le)CrN12鑄(zhu)錠上(shang)從中(zhong)心到(dao)邊部處(chu)試(shi)樣中(zhong)的氮(dan)含量，取樣位(wei)置如(ru)圖2-71所示。
王書桓等研究了1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa和1.6MPa壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下的(de)(de)氮(dan)(dan)偏析(xi)(xi)（圖2-72).對(dui)比不同壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)下的(de)(de)結果，可以發(fa)現(xian)1MPa下鑄(zhu)錠內(nei)部氮(dan)(dan)偏析(xi)(xi)嚴重，隨著(zhu)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)，氮(dan)(dan)宏觀偏析(xi)(xi)得到(dao)(dao)(dao)了很大改善。當壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)提(ti)(ti)高(gao)到(dao)(dao)(dao)1.6MPa時，氮(dan)(dan)的(de)(de)偏析(xi)(xi)程度明(ming)顯(xian)小于1.0MPa和1.2MPa下凝固(gu)(gu)的(de)(de)鑄(zhu)錠，各部位氮(dan)(dan)含(han)量在0.360%左右，表明(ming)增(zeng)大壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)提(ti)(ti)高(gao)了氮(dan)(dan)的(de)(de)飽和溶解(jie)度。因(yin)此(ci)，在凝固(gu)(gu)過程中提(ti)(ti)高(gao)氮(dan)(dan)氣壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)可以對(dui)氮(dan)(dan)的(de)(de)析(xi)(xi)出(chu)起到(dao)(dao)(dao)抑制作(zuo)用，對(dui)氮(dan)(dan)由(you)固(gu)(gu)相到(dao)(dao)(dao)液相的(de)(de)傳質起到(dao)(dao)(dao)阻(zu)礙作(zuo)用，使(shi)整(zheng)個鑄(zhu)錠中氮(dan)(dan)的(de)(de)分(fen)壓(ya)(ya)(ya)(ya)趨于均勻，從而減(jian)輕氮(dan)(dan)的(de)(de)宏觀偏析(xi)(xi)。
1. 形(xing)核(he)率
根(gen)據 Beckerman等(deng)的(de)(de)(de)研究報道，在元(yuan)素(su)(su)偏(pian)(pian)(pian)析的(de)(de)(de)模(mo)(mo)擬過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，由于(yu)(yu)(yu)各元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)溶(rong)質分配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)均(jun)小(xiao)于(yu)(yu)(yu)1,其(qi)偏(pian)(pian)(pian)析的(de)(de)(de)形(xing)成過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)和(he)最(zui)終偏(pian)(pian)(pian)析類型均(jun)相(xiang)(xiang)似。因此，在偏(pian)(pian)(pian)析形(xing)成規律(lv)和(he)類型的(de)(de)(de)預測過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，可對(dui)合金(jin)體系(xi)進(jin)行簡化(hua)(hua)，選取主(zhu)要(yao)合金(jin)元(yuan)素(su)(su)進(jin)行偏(pian)(pian)(pian)析的(de)(de)(de)模(mo)(mo)擬。以(yi)19Cr14Mn0.9N 含(han)(han)氮(dan)(dan)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)為例(li)，其(qi)鐵素(su)(su)體相(xiang)(xiang)8存(cun)在區間(jian)較窄，結合Wu等(deng)在多相(xiang)(xiang)和(he)單相(xiang)(xiang)偏(pian)(pian)(pian)析的(de)(de)(de)模(mo)(mo)擬研究。可將(jiang)該凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)簡化(hua)(hua)為單相(xiang)(xiang)凝(ning)固(gu)。氮(dan)(dan)作為含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)特征元(yuan)素(su)(su)，其(qi)溶(rong)質分配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)較小(xiao)，偏(pian)(pian)(pian)析較嚴重，在壓力對(dui)19Cr14Mn0.9N含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)偏(pian)(pian)(pian)析影響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)分析過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，可將(jiang)氮(dan)(dan)作為主(zhu)要(yao)元(yuan)素(su)(su)，且忽略其(qi)他元(yuan)素(su)(su)偏(pian)(pian)(pian)析對(dui)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。基于(yu)(yu)(yu)壓力對(dui)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)熱力學參數(shu)(shu)、動(dong)力學參數(shu)(shu)以(yi)及界面換熱系(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)規律(lv)，對(dui)三(san)種(zhong)情(qing)況下 19Cr14Mn0.9N含(han)(han)氮(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)進(jin)行模(mo)(mo)擬分析，預測壓力對(dui)偏(pian)(pian)(pian)析程(cheng)(cheng)度(du)和(he)類型的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)規律(lv)，三(san)種(zhong)情(qing)況（C1、C2和(he)C3)的(de)(de)(de)參數(shu)(shu)設(she)置見表2-13。
凝固20s后，三種凝固條件下的(de)柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)一次枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)尖(jian)端位置（TIP)、柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)和(he)(he)等(deng)軸(zhou)(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)體積(ji)分(fen)數以及(ji)液相和(he)(he)等(deng)軸(zhou)(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)速率分(fen)布(bu)情況如圖2-73所示。對(dui)比圖2-73(a)和(he)(he)（b)可以看(kan)出，當等(deng)軸(zhou)(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)最大形核密(mi)度從(cong)3x10°m-3增(zeng)至(zhi)5x10°m-3時，柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)一次枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)尖(jian)端發生(sheng)了較(jiao)為(wei)明顯的(de)變化(hua)，尤其是在(zai)鑄(zhu)錠(ding)底(di)部位置，且(qie)等(deng)軸(zhou)(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)最大體積(ji)分(fen)數由0.514增(zeng)至(zhi)0.618.此外，等(deng)軸(zhou)(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)和(he)(he)液相的(de)最大速率增(zeng)加幅度較(jiao)小，分(fen)別從(cong)0.01246m/s和(he)(he)0.0075m/s增(zeng)至(zhi)0.01266m/s和(he)(he)0.0078m/s.
在三種凝(ning)固(gu)條件下，鑄錠凝(ning)固(gu)結(jie)束后柱(zhu)狀晶(jing)(jing)向等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)轉變（columnar to equiaxed transition,CET)位置(zhi)如(ru)圖2-74所示。隨著(zhu)等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)最大形(xing)核(he)密度的增加(jia)（對比C1和C2),液相(xiang)中的等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)形(xing)核(he)速(su)率加(jia)快，極大地(di)縮短了(le)(le)柱(zhu)狀晶(jing)(jing)前沿等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)體(ti)積分數到達(da)阻擋分數（0.49)的時間，進而促(cu)進了(le)(le)CET轉變，擴大了(le)(le)等(deng)(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)區(qu)域。
增加(jia)壓力還能(neng)增加(jia)等軸晶(jing)最大(da)形核密度(du)(du)，從而加(jia)劇(ju)偏析(xi)(xi)。凝固結束后氮(dan)的(de)宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)如圖2-75所示。隨著等軸晶(jing)最大(da)形核速率的(de)增加(jia)，氮(dan)的(de)宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)范(fan)圍C從-0.07~0.116 擴大(da)至－0.072~0.137,氮(dan)的(de)宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)加(jia)劇(ju)；此外，鑄(zhu)錠底部負偏析(xi)(xi)區域(yu)也(ye)隨之增大(da)，鑄(zhu)錠內部氮(dan)最大(da)偏析(xi)(xi)位置逐步向(xiang)上(shang)移(yi)動(dong)。因此，在增加(jia)等軸晶(jing)最大(da)形核密度(du)(du)方面，增加(jia)壓力能(neng)夠擴大(da)等軸晶(jing)區域(yu)，從而增大(da)負偏析(xi)(xi)范(fan)圍，提升氮(dan)最大(da)偏析(xi)(xi)位置的(de)高度(du)(du)，以及(ji)加(jia)劇(ju)氮(dan)的(de)宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)。
2. 強化冷卻
增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)壓力可通過強化(hua)冷(leng)卻和(he)擴大(da)(da)(da)(da)“溶質截留效應”減(jian)輕或者消除氮宏觀偏析。根據圖(tu)2-73(b)和(he)（c)可知，在(zai)凝(ning)固(gu)20s時，等軸(zhou)晶(jing)(jing)的(de)(de)沉積量隨著冷(leng)卻速(su)率(lv)(lv)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)而增(zeng)(zeng)(zeng)多，等軸(zhou)晶(jing)(jing)最(zui)大(da)(da)(da)(da)體(ti)積分數從(cong)0.618增(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)至0.692,等軸(zhou)晶(jing)(jing)和(he)液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)最(zui)大(da)(da)(da)(da)速(su)率(lv)(lv)在(zai)C2凝(ning)固(gu)條件(jian)下分別為(wei)(wei)0.01266m/s和(he)0.0078m/s,在(zai)C3凝(ning)固(gu)條件(jian)下，分別為(wei)(wei)0.01221m/s和(he)0.0074m/s.在(zai)同一時刻下，隨著冷(leng)卻速(su)率(lv)(lv)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)，等軸(zhou)晶(jing)(jing)和(he)液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)最(zui)大(da)(da)(da)(da)速(su)率(lv)(lv)呈現(xian)出略微減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)原因是冷(leng)卻速(su)率(lv)(lv)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)加(jia)快了鑄錠(ding)的(de)(de)凝(ning)固(gu)進程(cheng)，增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)了柱狀晶(jing)(jing)區域［圖(tu)2-73(b)和(he)（c)],從(cong)而使殘余液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)冷(leng)卻速(su)率(lv)(lv)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)了與液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)溫(wen)度(du)相(xiang)(xiang)關(guan)的(de)(de)熱浮力，進而液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流(liu)動(dong)的(de)(de)驅(qu)動(dong)力減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，降(jiang)低(di)(di)了液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流(liu)動(dong)速(su)度(du)；另外，隨著液(ye)(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流(liu)動(dong)速(su)度(du)的(de)(de)降(jiang)低(di)(di)，等軸(zhou)晶(jing)(jing)沉積的(de)(de)阻力增(zeng)(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)，等軸(zhou)晶(jing)(jing)流(liu)動(dong)速(su)度(du)隨之減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)。
從(cong)(cong)圖(tu)2-74可以(yi)看出，隨(sui)著(zhu)(zhu)冷卻速率的(de)(de)增加(jia)(jia)，CET位(wei)置有(you)向心(xin)移動(dong)且(qie)呈(cheng)扁平化的(de)(de)趨(qu)(qu)勢，與19Cr14Mn0.9N鑄錠(ding)CET檢測實(shi)驗(yan)結果相一(yi)致，進一(yi)步證明本模型具有(you)較好(hao)的(de)(de)準(zhun)確(que)性(xing)和(he)可信(xin)度。等(deng)軸(zhou)晶(jing)區(qu)形狀(zhuang)隨(sui)著(zhu)(zhu)CET轉變位(wei)置的(de)(de)改(gai)變，也(ye)逐步呈(cheng)現出扁平化和(he)減小的(de)(de)趨(qu)(qu)勢，氮的(de)(de)宏觀偏析范圍由－0.072~0.137減少至－0.067~0.130,且(qie)氮最大偏析形成位(wei)置向鑄錠(ding)頂部(bu)移動(dong)（圖(tu)2-76).因此，從(cong)(cong)強化冷卻角度而言，加(jia)(jia)壓有(you)助(zhu)于抑制CET,減小等(deng)軸(zhou)晶(jing)區(qu)，緩解氮的(de)(de)宏觀偏析。
綜上所述，增加壓力(li)通過提高等軸(zhou)晶最大形核密(mi)度和(he)強化冷(leng)卻對(dui)氮宏(hong)(hong)觀偏(pian)析(xi)(xi)產生了截然相(xiang)反的(de)(de)影(ying)響，兩者對(dui)宏(hong)(hong)觀偏(pian)析(xi)(xi)的(de)(de)綜合影(ying)響還需要進一步研究。此外(wai)，基于對(dui)凝固熱力(li)學(xue)和(he)動力(li)學(xue)以及(ji)換熱系數(shu)(shu)的(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)，壓力(li)對(dui)宏(hong)(hong)觀偏(pian)析(xi)(xi)的(de)(de)影(ying)響不局限于增大形核率(lv)和(he)強化冷(leng)卻這兩方面，還能對(dui)與宏(hong)(hong)觀偏(pian)析(xi)(xi)相(xiang)關的(de)(de)平衡分(fen)配系數(shu)(shu)和(he)擴(kuo)散速率(lv)等參數(shu)(shu)產生重要影(ying)響。因而，壓力(li)對(dui)宏(hong)(hong)觀偏(pian)析(xi)(xi)的(de)(de)影(ying)響還需要進行更深(shen)入的(de)(de)研究和(he)探討。
