壓力(li)除了(le)能夠(gou)對(dui)溶(rong)質(zhi)平衡(heng)分(fen)配系(xi)(xi)(xi)數(shu)、擴散系(xi)(xi)(xi)數(shu)以及液(ye)相線斜率(lv)等(deng)參數(shu)產生(sheng)影響以外，還能改變影響溶(rong)質(zhi)長程(cheng)傳(chuan)質(zhi)的冷(leng)卻(que)速率(lv)、等(deng)軸晶(jing)形核以及沉(chen)積等(deng),從(cong)(cong)而(er)(er)影響鑄錠溶(rong)質(zhi)分(fen)布(bu)的均勻性，即宏／微(wei)觀偏析(xi)(xi)；如結合平衡(heng)分(fen)配系(xi)(xi)(xi)數(shu)和形核吉布(bu)斯(si)自由(you)能隨壓力(li)的變化規律，加壓會(hui)抑制(zhi)枝晶(jing)沿壓力(li)梯度方(fang)向的生(sheng)長，從(cong)(cong)而(er)(er)導致枝晶(jing)組織和微(wei)觀偏析(xi)(xi)呈(cheng)現方(fang)向性等(deng)。
王書桓(huan)等71利用(yong)高(gao)溫高(gao)壓反應釜研究了壓力對于CrN12高(gao)氮鋼凝固過程(cheng)中偏(pian)析(xi)現象。他們利用(yong)LECO-TC600氮氧(yang)儀測量了CrN12鑄(zhu)錠(ding)上從中心到邊部(bu)處試樣中的氮含量，取(qu)樣位置如圖2-71所(suo)示。
王書(shu)桓等研(yan)究了(le)(le)1.0MPa、1.2MPa、1.4MPa和1.6MPa壓(ya)力下(xia)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)偏(pian)析（圖2-72).對(dui)比不同壓(ya)力下(xia)的(de)(de)(de)結果，可(ke)以發現1MPa下(xia)鑄(zhu)錠(ding)內部氮(dan)(dan)偏(pian)析嚴(yan)重(zhong)，隨(sui)著壓(ya)力的(de)(de)(de)提(ti)高，氮(dan)(dan)宏觀(guan)(guan)偏(pian)析得(de)到(dao)了(le)(le)很大改善。當壓(ya)力提(ti)高到(dao)1.6MPa時，氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)偏(pian)析程(cheng)度明顯小(xiao)于1.0MPa和1.2MPa下(xia)凝固(gu)的(de)(de)(de)鑄(zhu)錠(ding)，各部位(wei)氮(dan)(dan)含量(liang)在(zai)0.360%左右(you)，表明增大壓(ya)力提(ti)高了(le)(le)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)飽和溶解度。因此，在(zai)凝固(gu)過(guo)程(cheng)中提(ti)高氮(dan)(dan)氣壓(ya)力可(ke)以對(dui)氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)析出起到(dao)抑(yi)制作(zuo)用，對(dui)氮(dan)(dan)由固(gu)相(xiang)到(dao)液相(xiang)的(de)(de)(de)傳質起到(dao)阻礙作(zuo)用，使整(zheng)個鑄(zhu)錠(ding)中氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)分壓(ya)趨于均勻，從而(er)減輕氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)宏觀(guan)(guan)偏(pian)析。
1. 形(xing)核率
根據 Beckerman等的(de)(de)(de)研(yan)究報道，在元(yuan)(yuan)素(su)(su)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)模(mo)擬過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，由于各元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)溶質(zhi)分(fen)配系(xi)數(shu)均小于1,其偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)形成過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)和最終偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)類型(xing)均相似。因此，在偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)形成規(gui)律和類型(xing)的(de)(de)(de)預測過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，可(ke)對(dui)(dui)合(he)金體(ti)系(xi)進(jin)行簡化，選取(qu)主要合(he)金元(yuan)(yuan)素(su)(su)進(jin)行偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)模(mo)擬。以(yi)19Cr14Mn0.9N 含(han)氮(dan)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang)凝固過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)為例(li)，其鐵(tie)素(su)(su)體(ti)相8存在區間較窄，結合(he)Wu等在多相和單(dan)相偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)模(mo)擬研(yan)究。可(ke)將該(gai)凝固過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)簡化為單(dan)相凝固。氮(dan)作為含(han)氮(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)特征(zheng)元(yuan)(yuan)素(su)(su)，其溶質(zhi)分(fen)配系(xi)數(shu)較小，偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)較嚴重，在壓(ya)力對(dui)(dui)19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)影(ying)響的(de)(de)(de)分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，可(ke)將氮(dan)作為主要元(yuan)(yuan)素(su)(su)，且忽(hu)略(lve)其他元(yuan)(yuan)素(su)(su)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)對(dui)(dui)凝固過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)影(ying)響。基于壓(ya)力對(dui)(dui)凝固過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)熱力學參數(shu)、動力學參數(shu)以(yi)及界面換熱系(xi)數(shu)的(de)(de)(de)影(ying)響規(gui)律，對(dui)(dui)三(san)種(zhong)情(qing)況下 19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)的(de)(de)(de)凝固過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)進(jin)行模(mo)擬分(fen)析(xi)(xi)(xi)(xi)，預測壓(ya)力對(dui)(dui)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)程(cheng)(cheng)度和類型(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響規(gui)律，三(san)種(zhong)情(qing)況（C1、C2和C3)的(de)(de)(de)參數(shu)設置見表2-13。
凝(ning)固20s后，三種(zhong)凝(ning)固條(tiao)件下的(de)柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)一(yi)次枝晶(jing)(jing)(jing)尖端(duan)位置（TIP)、柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)和(he)(he)等(deng)軸(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)體積分(fen)數以(yi)及液(ye)相(xiang)和(he)(he)等(deng)軸(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)速率分(fen)布情況如圖2-73所示。對比圖2-73(a)和(he)(he)（b)可以(yi)看出(chu)，當等(deng)軸(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)最(zui)大形(xing)核密(mi)度從(cong)3x10°m-3增(zeng)至5x10°m-3時，柱(zhu)狀晶(jing)(jing)(jing)一(yi)次枝晶(jing)(jing)(jing)尖端(duan)發生(sheng)了(le)較為明顯(xian)的(de)變化，尤其是在鑄錠底部位置，且(qie)等(deng)軸(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)最(zui)大體積分(fen)數由(you)0.514增(zeng)至0.618.此外，等(deng)軸(zhou)(zhou)晶(jing)(jing)(jing)和(he)(he)液(ye)相(xiang)的(de)最(zui)大速率增(zeng)加幅度較小，分(fen)別從(cong)0.01246m/s和(he)(he)0.0075m/s增(zeng)至0.01266m/s和(he)(he)0.0078m/s.
在三(san)種凝固條件下(xia)，鑄(zhu)錠凝固結束后柱狀晶向等(deng)(deng)軸(zhou)(zhou)晶轉(zhuan)變（columnar to equiaxed transition,CET)位置如圖2-74所示。隨著等(deng)(deng)軸(zhou)(zhou)晶最(zui)大形核密度的(de)(de)增加(jia)（對(dui)比C1和C2),液相(xiang)中的(de)(de)等(deng)(deng)軸(zhou)(zhou)晶形核速率加(jia)快(kuai)，極大地縮短(duan)了(le)(le)柱狀晶前沿等(deng)(deng)軸(zhou)(zhou)晶體積分數(shu)到達阻擋分數(shu)（0.49)的(de)(de)時間，進而促進了(le)(le)CET轉(zhuan)變，擴(kuo)大了(le)(le)等(deng)(deng)軸(zhou)(zhou)晶區域。
增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)壓力還能(neng)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)等(deng)軸晶(jing)最大(da)形核密度(du)，從而加(jia)(jia)劇偏析(xi)。凝固結束后氮(dan)(dan)的宏觀偏析(xi)如(ru)圖2-75所示。隨著(zhu)等(deng)軸晶(jing)最大(da)形核速率的增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，氮(dan)(dan)的宏觀偏析(xi)范圍C從-0.07~0.116 擴(kuo)大(da)至－0.072~0.137,氮(dan)(dan)的宏觀偏析(xi)加(jia)(jia)劇；此外(wai)，鑄錠底(di)部負偏析(xi)區域(yu)也隨之增(zeng)(zeng)大(da)，鑄錠內部氮(dan)(dan)最大(da)偏析(xi)位置逐步向(xiang)上移動(dong)。因(yin)此，在增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)等(deng)軸晶(jing)最大(da)形核密度(du)方面，增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)壓力能(neng)夠擴(kuo)大(da)等(deng)軸晶(jing)區域(yu)，從而增(zeng)(zeng)大(da)負偏析(xi)范圍，提升氮(dan)(dan)最大(da)偏析(xi)位置的高度(du)，以及加(jia)(jia)劇氮(dan)(dan)的宏觀偏析(xi)。
2. 強化(hua)冷(leng)卻
增(zeng)加(jia)壓力可(ke)通過(guo)強化冷(leng)卻(que)和(he)(he)(he)(he)擴大(da)“溶(rong)質(zhi)截(jie)留效應”減(jian)輕(qing)或者消除氮宏觀偏析。根據圖(tu)2-73(b)和(he)(he)(he)(he)（c)可(ke)知，在凝(ning)固(gu)20s時，等軸(zhou)(zhou)晶的(de)(de)(de)沉(chen)積量隨(sui)著冷(leng)卻(que)速(su)率的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)多，等軸(zhou)(zhou)晶最大(da)體(ti)積分(fen)數從(cong)0.618增(zeng)加(jia)至0.692,等軸(zhou)(zhou)晶和(he)(he)(he)(he)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)最大(da)速(su)率在C2凝(ning)固(gu)條件下(xia)分(fen)別為(wei)0.01266m/s和(he)(he)(he)(he)0.0078m/s,在C3凝(ning)固(gu)條件下(xia)，分(fen)別為(wei)0.01221m/s和(he)(he)(he)(he)0.0074m/s.在同一時刻下(xia)，隨(sui)著冷(leng)卻(que)速(su)率的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)，等軸(zhou)(zhou)晶和(he)(he)(he)(he)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)最大(da)速(su)率呈現出略微減(jian)小的(de)(de)(de)原因是冷(leng)卻(que)速(su)率的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)加(jia)快了(le)鑄錠的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)進(jin)程，增(zeng)大(da)了(le)柱狀晶區域［圖(tu)2-73(b)和(he)(he)(he)(he)（c)],從(cong)而(er)使殘余(yu)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)冷(leng)卻(que)速(su)率減(jian)小，減(jian)小了(le)與液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)溫度(du)相(xiang)(xiang)關的(de)(de)(de)熱浮力，進(jin)而(er)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流動的(de)(de)(de)驅動力減(jian)小，降低(di)了(le)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流動速(su)度(du)；另(ling)外，隨(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)流動速(su)度(du)的(de)(de)(de)降低(di)，等軸(zhou)(zhou)晶沉(chen)積的(de)(de)(de)阻力增(zeng)大(da)，等軸(zhou)(zhou)晶流動速(su)度(du)隨(sui)之減(jian)小。
從圖2-74可(ke)以看出，隨著冷卻速率的(de)(de)(de)(de)增加(jia)，CET位置(zhi)(zhi)有(you)向(xiang)心移動且呈扁平化(hua)的(de)(de)(de)(de)趨勢(shi)，與19Cr14Mn0.9N鑄錠CET檢測實驗結果相一(yi)致，進一(yi)步證明本(ben)模型(xing)具有(you)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)準確性和可(ke)信度(du)。等軸晶區形狀(zhuang)隨著CET轉變位置(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)改變，也逐步呈現出扁平化(hua)和減(jian)小的(de)(de)(de)(de)趨勢(shi)，氮(dan)的(de)(de)(de)(de)宏觀偏析(xi)范圍(wei)由－0.072~0.137減(jian)少至(zhi)－0.067~0.130,且氮(dan)最大偏析(xi)形成位置(zhi)(zhi)向(xiang)鑄錠頂部移動（圖2-76).因此，從強化(hua)冷卻角度(du)而(er)言，加(jia)壓有(you)助于(yu)抑制CET,減(jian)小等軸晶區，緩解氮(dan)的(de)(de)(de)(de)宏觀偏析(xi)。
綜上所述，增(zeng)加(jia)壓(ya)(ya)力(li)通過(guo)提高等(deng)軸晶最大形核(he)密度和強化冷卻對氮宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)(xi)(xi)產生了截(jie)然相反的影響(xiang)，兩者對宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)(xi)(xi)的綜合影響(xiang)還(huan)需(xu)要(yao)進一步研(yan)究(jiu)。此(ci)外，基于(yu)(yu)對凝(ning)固熱(re)力(li)學(xue)和動力(li)學(xue)以及(ji)換熱(re)系數的分析(xi)(xi)(xi)(xi)，壓(ya)(ya)力(li)對宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)(xi)(xi)的影響(xiang)不局限(xian)于(yu)(yu)增(zeng)大形核(he)率(lv)和強化冷卻這兩方面，還(huan)能(neng)對與宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)(xi)(xi)相關(guan)的平衡分配系數和擴散速率(lv)等(deng)參(can)數產生重(zhong)要(yao)影響(xiang)。因(yin)而，壓(ya)(ya)力(li)對宏(hong)觀(guan)(guan)偏析(xi)(xi)(xi)(xi)的影響(xiang)還(huan)需(xu)要(yao)進行更深入的研(yan)究(jiu)和探討。
