根據相(xiang)圖，多(duo)數合(he)金(jin)元素(su)在(zai)(zai)固(gu)(gu)相(xiang)中的(de)(de)溶解(jie)度要低于液(ye)相(xiang)，因(yin)此(ci)(ci)在(zai)(zai)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中溶質(zhi)(zhi)(zhi)原子(zi)不(bu)(bu)斷被排出到液(ye)相(xiang)，這種固(gu)(gu)液(ye)界面(mian)兩側(ce)溶質(zhi)(zhi)(zhi)濃度的(de)(de)差異導(dao)致(zhi)合(he)金(jin)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)后溶質(zhi)(zhi)(zhi)元素(su)成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)，稱作(zuo)偏(pian)析(xi)。溶質(zhi)(zhi)(zhi)元素(su)分(fen)(fen)布不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)發生在(zai)(zai)微觀(guan)結構形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)范圍(wei)內(nei)（有10~100μm的(de)(de)樹(shu)狀枝晶(jing)），此(ci)(ci)時(shi)為(wei)微觀(guan)偏(pian)析(xi)。溶質(zhi)(zhi)(zhi)元素(su)通過(guo)對(dui)流傳質(zhi)(zhi)(zhi)等質(zhi)(zhi)(zhi)量傳輸，將導(dao)致(zhi)大范圍(wei)內(nei)成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)，即形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)了(le)宏觀(guan)偏(pian)析(xi)。宏觀(guan)偏(pian)析(xi)可以認為(wei)是由凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中液(ye)體和固(gu)(gu)體相(xiang)對(dui)運(yun)動和溶質(zhi)(zhi)(zhi)再(zai)分(fen)(fen)配過(guo)程共同導(dao)致(zhi)的(de)(de)。此(ci)(ci)外(wai)，在(zai)(zai)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)早期所形(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)固(gu)(gu)體相(xiang)或非(fei)金(jin)屬(shu)夾(jia)雜的(de)(de)漂浮和下沉(chen)也會造成(cheng)(cheng)(cheng)宏觀(guan)偏(pian)析(xi)。一般(ban)認為(wei)在(zai)(zai)合(he)金(jin)鑄(zhu)件或鑄(zhu)錠(ding)內(nei)，從幾(ji)毫米到幾(ji)厘米甚至(zhi)幾(ji)米范圍(wei)內(nei)濃度變(bian)化(hua)為(wei)宏觀(guan)偏(pian)析(xi)。因(yin)為(wei)溶質(zhi)(zhi)(zhi)在(zai)(zai)固(gu)(gu)態中的(de)(de)擴散系數很(hen)低，而成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)性(xing)(xing)范圍(wei)又很(hen)大，所以在(zai)(zai)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)完成(cheng)(cheng)(cheng)后，宏觀(guan)偏(pian)析(xi)很(hen)難通過(guo)加工(gong)處理來消除，因(yin)此(ci)(ci)抑制宏觀(guan)偏(pian)析(xi)的(de)(de)產(chan)生主要是對(dui)工(gong)藝參數進行優化(hua)，如控制合(he)金(jin)成(cheng)(cheng)(cheng)分(fen)(fen)、施加外(wai)力場(chang)（磁場(chang)等）、優化(hua)鑄(zhu)錠(ding)幾(ji)何形(xing)狀、適當加大冷(leng)卻速率等。

  宏觀偏(pian)析(xi)是(shi)(shi)大范(fan)圍(wei)內的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)分不均勻現(xian)象，按其(qi)表現(xian)形式可分為(wei)正偏(pian)析(xi)、反(fan)偏(pian)析(xi)和比重(zhong)偏(pian)析(xi)等(deng)。①. 正偏(pian)析(xi)：對平衡(heng)分配系(xi)數o<1的(de)(de)(de)合(he)金(jin)系(xi)鑄(zhu)錠(ding)先凝(ning)固的(de)(de)(de)部(bu)(bu)分，其(qi)溶(rong)質(zhi)含量低于(yu)后(hou)凝(ning)固的(de)(de)(de)部(bu)(bu)分。對ko>1的(de)(de)(de)合(he)金(jin)系(xi)則正好相(xiang)反(fan)，其(qi)偏(pian)析(xi)程度與凝(ning)固速(su)(su)率(lv)、液體對流以(yi)及溶(rong)質(zhi)擴散等(deng)條件有(you)關(guan)(guan)。②. 反(fan)偏(pian)析(xi)：在(zai)(zai)ko<1的(de)(de)(de)合(he)金(jin)鑄(zhu)錠(ding)中(zhong)，其(qi)外層溶(rong)質(zhi)元(yuan)(yuan)素(su)高(gao)于(yu)內部(bu)(bu)，和正偏(pian)析(xi)相(xiang)反(fan)，故稱(cheng)為(wei)反(fan)偏(pian)析(xi)。③. 比重(zhong)偏(pian)析(xi)：是(shi)(shi)由(you)合(he)金(jin)凝(ning)固時形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)初晶(jing)相(xiang)和溶(rong)液之間(jian)的(de)(de)(de)比重(zhong)顯著差別引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)種宏觀偏(pian)析(xi)，主要存在(zai)(zai)于(yu)共(gong)晶(jing)系(xi)和偏(pian)晶(jing)系(xi)合(he)金(jin)中(zhong)。如圖2-49所(suo)示，由(you)于(yu)溶(rong)質(zhi)元(yuan)(yuan)素(su)濃度相(xiang)對低的(de)(de)(de)等(deng)軸(zhou)晶(jing)沉積導(dao)致在(zai)(zai)鑄(zhu)錠(ding)的(de)(de)(de)底部(bu)(bu)出現(xian)負偏(pian)析(xi)；由(you)于(yu)浮力(li)和在(zai)(zai)凝(ning)固的(de)(de)(de)最后(hou)階段收縮所(suo)引起(qi)(qi)的(de)(de)(de)晶(jing)間(jian)流動(dong)，在(zai)(zai)頂部(bu)(bu)會出現(xian)很嚴重(zhong)的(de)(de)(de)正偏(pian)析(xi)（頂部(bu)(bu)偏(pian)析(xi)）。A型(xing)偏(pian)析(xi)是(shi)(shi)溶(rong)質(zhi)富集的(de)(de)(de)等(deng)軸(zhou)晶(jing)帶，由(you)溶(rong)質(zhi)受浮力(li)作用流動(dong)穿過柱狀晶(jing)區(qu)(qu)，其(qi)方(fang)向(xiang)與等(deng)溫線移動(dong)速(su)(su)度方(fang)向(xiang)一(yi)(yi)致但(dan)速(su)(su)率(lv)更快所(suo)導(dao)致。A型(xing)偏(pian)析(xi)形狀與流動(dong)類(lei)型(xing)有(you)關(guan)(guan)。V型(xing)偏(pian)析(xi)位于(yu)鑄(zhu)錠(ding)中(zhong)心，源于(yu)中(zhong)心形成(cheng)(cheng)等(deng)軸(zhou)晶(jing)區(qu)(qu)和容(rong)易斷裂的(de)(de)(de)連接(jie)疏松(song)的(de)(de)(de)網狀物的(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)，之后(hou)裂紋(wen)沿切應力(li)面展(zhan)開(kai)為(wei)V型(xing)，并且充(chong)滿了富集元(yuan)(yuan)素(su)的(de)(de)(de)液相(xiang)。而沿鑄(zhu)錠(ding)側壁分布的(de)(de)(de)帶狀偏(pian)析(xi)則是(shi)(shi)由(you)凝(ning)固過程初期的(de)(de)(de)不穩定(ding)傳(chuan)熱(re)和流動(dong)導(dao)致的(de)(de)(de)。

  對(dui)于宏觀(guan)(guan)偏(pian)(pian)析(xi)的(de)研究主(zhu)要有(you)實(shi)驗(yan)檢測和(he)模(mo)(mo)擬計算(suan)(suan)兩(liang)種手段(duan)。實(shi)驗(yan)檢測包括硫(liu)印檢驗(yan)法(fa)(fa)、原位分(fen)(fen)析(xi)法(fa)(fa)、火花放(fang)電原子(zi)發(fa)射光譜法(fa)(fa)、鉆孔(kong)取樣法(fa)(fa)以(yi)及(ji)(ji)化學(xue)分(fen)(fen)析(xi)法(fa)(fa)等(deng)。模(mo)(mo)擬計算(suan)(suan)是通過數(shu)值求(qiu)解能量(liang)、動量(liang)以(yi)及(ji)(ji)溶質傳輸等(deng)數(shu)學(xue)模(mo)(mo)型，進(jin)而(er)探討(tao)元素成分(fen)(fen)不均勻性的(de)方法(fa)(fa)；進(jin)入20世紀后，人們(men)對(dui)凝(ning)(ning)固過程中(zhong)的(de)宏觀(guan)(guan)偏(pian)(pian)析(xi)現象進(jin)行了大量(liang)系統的(de)研究。Flemings研究表(biao)明鑄(zhu)錠(ding)中(zhong)多種不同的(de)宏觀(guan)(guan)偏(pian)(pian)析(xi)都可由(you)凝(ning)(ning)固時的(de)傳熱(re)、流動和(he)傳質過程來定量(liang)描述，從而(er)為宏觀(guan)(guan)偏(pian)(pian)析(xi)的(de)定量(liang)計算(suan)(suan)提供可能性，隨著計算(suan)(suan)機計算(suan)(suan)能力迅猛提升，宏觀(guan)(guan)偏(pian)(pian)析(xi)的(de)模(mo)(mo)擬計算(suan)(suan)得到了迅速發(fa)展，主(zhu)要分(fen)(fen)為多區(qu)域法(fa)(fa)和(he)連續介(jie)質法(fa)(fa)等(deng)。

  對于高氮不銹鋼，改善氮偏析以及消除氣孔等凝固缺陷，優化制備工藝制度，是高氮奧氏體不銹鋼制備技術中亟待解決的難題之一。氮作為重要合金元素之一，其偏析程度對材料強度、韌性、抗蠕變性、耐磨性和耐腐蝕等性能的均勻性至關重要，直接影響材料的服役壽命。與高氮不銹鋼中鉻、錳等其他元素相比，氮的分配系數較小，氮偏析嚴重，易形成氮氣泡，凝固末了殘留在鑄錠中形成氮氣孔等凝固缺陷，甚至導致材料直接報廢，因此氮偏析的控制對高氮不銹鋼制備而言至關重要。不同壓力和不同初始氮含量下21.5Cr5Mn1.5Ni0.25N含氮雙相鋼中氮偏析導致氮氣孔的形貌如圖2-50所示，其中D1、D3和D5分別在0.04MPa、0.1MPa和0.13MPa下完成凝固，不同氮質量分數的D2(0.25%N)、D3(0.26%N)和D4(0.29%N)均在0.1MPa下凝固。