根據相(xiang)(xiang)(xiang)圖，多數(shu)合(he)金(jin)(jin)元素(su)在(zai)固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)中的(de)(de)溶(rong)解度要低(di)于液相(xiang)(xiang)(xiang)，因此(ci)在(zai)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中溶(rong)質原子不(bu)(bu)(bu)斷被排出到液相(xiang)(xiang)(xiang)，這(zhe)種固(gu)液界面兩側(ce)溶(rong)質濃度的(de)(de)差(cha)異導(dao)致(zhi)合(he)金(jin)(jin)凝(ning)固(gu)后(hou)溶(rong)質元素(su)成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)，稱作偏(pian)(pian)(pian)析(xi)。溶(rong)質元素(su)分(fen)布(bu)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)發生在(zai)微(wei)觀(guan)結(jie)構形成(cheng)(cheng)范圍(wei)內（有(you)10~100μm的(de)(de)樹狀枝晶），此(ci)時為(wei)微(wei)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)。溶(rong)質元素(su)通(tong)過(guo)(guo)(guo)對(dui)流(liu)傳(chuan)質等(deng)(deng)質量(liang)傳(chuan)輸，將導(dao)致(zhi)大范圍(wei)內成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)，即形成(cheng)(cheng)了宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)。宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)可以(yi)(yi)認為(wei)是由凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中液體和固(gu)體相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)運動(dong)和溶(rong)質再分(fen)配過(guo)(guo)(guo)程(cheng)(cheng)共同(tong)導(dao)致(zhi)的(de)(de)。此(ci)外，在(zai)凝(ning)固(gu)早(zao)期所(suo)(suo)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)固(gu)體相(xiang)(xiang)(xiang)或非金(jin)(jin)屬夾雜的(de)(de)漂浮和下沉也會造成(cheng)(cheng)宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)。一般認為(wei)在(zai)合(he)金(jin)(jin)鑄件或鑄錠內，從幾毫米到幾厘米甚至幾米范圍(wei)內濃度變化(hua)為(wei)宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)。因為(wei)溶(rong)質在(zai)固(gu)態(tai)中的(de)(de)擴散系數(shu)很低(di)，而(er)成(cheng)(cheng)分(fen)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)范圍(wei)又很大，所(suo)(suo)以(yi)(yi)在(zai)凝(ning)固(gu)完成(cheng)(cheng)后(hou)，宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)很難通(tong)過(guo)(guo)(guo)加(jia)工(gong)處理來消除(chu)，因此(ci)抑制(zhi)宏(hong)(hong)觀(guan)偏(pian)(pian)(pian)析(xi)的(de)(de)產生主要是對(dui)工(gong)藝參數(shu)進行(xing)優化(hua)，如控制(zhi)合(he)金(jin)(jin)成(cheng)(cheng)分(fen)、施加(jia)外力(li)場（磁(ci)場等(deng)(deng)）、優化(hua)鑄錠幾何形狀、適當加(jia)大冷卻速(su)率等(deng)(deng)。

  宏觀偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)是大范圍內的(de)(de)成(cheng)分不均(jun)勻(yun)現(xian)象，按其(qi)表現(xian)形(xing)(xing)式可分為正(zheng)(zheng)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)、反偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)和(he)(he)(he)比重偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)等。①. 正(zheng)(zheng)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)：對平衡分配系(xi)數o<1的(de)(de)合(he)金(jin)系(xi)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)先凝固(gu)(gu)的(de)(de)部(bu)分，其(qi)溶(rong)質含量低于(yu)(yu)后(hou)(hou)凝固(gu)(gu)的(de)(de)部(bu)分。對ko>1的(de)(de)合(he)金(jin)系(xi)則(ze)正(zheng)(zheng)好相(xiang)反，其(qi)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)程度(du)(du)與凝固(gu)(gu)速(su)(su)率、液(ye)體(ti)對流(liu)以及溶(rong)質擴散等條件(jian)有關。②. 反偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)：在(zai)(zai)(zai)ko<1的(de)(de)合(he)金(jin)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)中，其(qi)外層溶(rong)質元(yuan)(yuan)(yuan)素高于(yu)(yu)內部(bu)，和(he)(he)(he)正(zheng)(zheng)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)相(xiang)反，故(gu)稱為反偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)。③. 比重偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)：是由(you)合(he)金(jin)凝固(gu)(gu)時形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)初晶(jing)相(xiang)和(he)(he)(he)溶(rong)液(ye)之間的(de)(de)比重顯著差別引起(qi)的(de)(de)一種宏觀偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)，主要存在(zai)(zai)(zai)于(yu)(yu)共晶(jing)系(xi)和(he)(he)(he)偏(pian)晶(jing)系(xi)合(he)金(jin)中。如圖2-49所示，由(you)于(yu)(yu)溶(rong)質元(yuan)(yuan)(yuan)素濃度(du)(du)相(xiang)對低的(de)(de)等軸(zhou)(zhou)晶(jing)沉積導(dao)致在(zai)(zai)(zai)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)的(de)(de)底部(bu)出(chu)現(xian)負偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)；由(you)于(yu)(yu)浮力和(he)(he)(he)在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)(gu)的(de)(de)最(zui)后(hou)(hou)階段收縮所引起(qi)的(de)(de)晶(jing)間流(liu)動(dong)，在(zai)(zai)(zai)頂部(bu)會(hui)出(chu)現(xian)很嚴重的(de)(de)正(zheng)(zheng)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)（頂部(bu)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)）。A型(xing)(xing)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)是溶(rong)質富(fu)集(ji)的(de)(de)等軸(zhou)(zhou)晶(jing)帶，由(you)溶(rong)質受(shou)浮力作用流(liu)動(dong)穿過柱狀晶(jing)區，其(qi)方(fang)向(xiang)與等溫線移動(dong)速(su)(su)度(du)(du)方(fang)向(xiang)一致但速(su)(su)率更快所導(dao)致。A型(xing)(xing)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)形(xing)(xing)狀與流(liu)動(dong)類型(xing)(xing)有關。V型(xing)(xing)偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)位于(yu)(yu)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)中心，源于(yu)(yu)中心形(xing)(xing)成(cheng)等軸(zhou)(zhou)晶(jing)區和(he)(he)(he)容易斷裂的(de)(de)連接(jie)疏松的(de)(de)網(wang)狀物的(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)，之后(hou)(hou)裂紋沿(yan)切應力面展開為V型(xing)(xing)，并且充滿了富(fu)集(ji)元(yuan)(yuan)(yuan)素的(de)(de)液(ye)相(xiang)。而沿(yan)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)側壁分布的(de)(de)帶狀偏(pian)析(xi)(xi)(xi)(xi)則(ze)是由(you)凝固(gu)(gu)過程初期的(de)(de)不穩定傳(chuan)熱和(he)(he)(he)流(liu)動(dong)導(dao)致的(de)(de)。

  對于宏(hong)觀(guan)偏(pian)析的(de)研究主要有實驗檢測和模(mo)擬計(ji)(ji)算兩種(zhong)手段(duan)。實驗檢測包括硫(liu)印(yin)檢驗法(fa)(fa)(fa)、原位分析法(fa)(fa)(fa)、火花放電原子發射光(guang)譜法(fa)(fa)(fa)、鉆孔取樣法(fa)(fa)(fa)以及化(hua)學分析法(fa)(fa)(fa)等(deng)。模(mo)擬計(ji)(ji)算是(shi)通過數值求解(jie)能量、動(dong)量以及溶質(zhi)傳(chuan)輸等(deng)數學模(mo)型，進而(er)探討元素成分不均(jun)勻性的(de)方法(fa)(fa)(fa)；進入20世紀后，人們(men)對凝固過程中的(de)宏(hong)觀(guan)偏(pian)析現象進行(xing)了大量系(xi)統(tong)的(de)研究。Flemings研究表明鑄(zhu)錠中多種(zhong)不同的(de)宏(hong)觀(guan)偏(pian)析都可由凝固時的(de)傳(chuan)熱、流(liu)動(dong)和傳(chuan)質(zhi)過程來定量描(miao)述，從而(er)為宏(hong)觀(guan)偏(pian)析的(de)定量計(ji)(ji)算提供可能性，隨著計(ji)(ji)算機計(ji)(ji)算能力(li)迅猛提升(sheng)，宏(hong)觀(guan)偏(pian)析的(de)模(mo)擬計(ji)(ji)算得到了迅速發展，主要分為多區域法(fa)(fa)(fa)和連續介質(zhi)法(fa)(fa)(fa)等(deng)。

  對于高氮不(bu)銹(xiu)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。