1. Factori macroscopici care contribuie la formarea fisurilor
1.1 În timpul turnării semicontinue, apa de răcire este pulverizată direct pe suprafața lingoului, creând un gradient abrupt de temperatură în interiorul acestuia. Acest lucru duce la o contracție inegală între diferite regiuni, provocând o blocare reciprocă și generând solicitări termice. În anumite câmpuri de solicitări, aceste solicitări pot duce la fisurarea lingourilor.
1.2 În producția industrială, fisurarea lingourilor apare adesea în etapa inițială de turnare sau are ca origine microfisuri care se propagă ulterior în timpul răcirii, putând fi răspândite pe întregul lingou. Pe lângă fisuri, în timpul etapei inițiale de turnare pot apărea și alte defecte, cum ar fi fisuri la rece, deformare și agățare, ceea ce o face o fază critică în întregul proces de turnare.
1.3 Susceptibilitatea la fisurare la cald a turnării directe prin răcire este influențată semnificativ de compoziția chimică, adaosurile de aliaj principal și cantitatea de agenți de rafinare a granulelor utilizați.
1.4 Sensibilitatea aliajelor la fisurare la cald se datorează în principal tensiunilor interne care induc formarea de goluri și fisuri. Formarea și distribuția acestora sunt determinate de elementele de aliere, calitatea metalurgică a topiturii și parametrii de turnare semicontinuă. Mai exact, lingourile de dimensiuni mari din aliajele de aluminiu din seria 7xxx sunt deosebit de predispuse la fisurare la cald din cauza elementelor multiple de aliere, a intervalelor largi de solidificare, a tensiunilor ridicate de turnare, a segregării prin oxidare a elementelor de aliaj, a calității metalurgice relativ slabe și a formabilității scăzute la temperatura camerei.
1.5 Studiile au arătat că câmpurile electromagnetice și elementele de aliere (inclusiv agenții de rafinare a granulelor, elementele majore de aliere și oligoelementele) afectează semnificativ microstructura și susceptibilitatea la fisurare la cald a aliajelor din seria 7xxx turnate semicontinuu.
1.6 În plus, datorită compoziției complexe a aliajului de aluminiu 7050 și prezenței elementelor ușor oxidabile, topitura tinde să absoarbă mai mult hidrogen. Acest lucru, combinat cu incluziunile de oxid, duce la coexistența gazului și a incluziunilor, rezultând un conținut ridicat de hidrogen în topitură. Conținutul de hidrogen a devenit un factor cheie care afectează rezultatele inspecției, comportamentul la fractură și performanța la oboseală a materialelor lingouri prelucrate. Prin urmare, pe baza mecanismului prezenței hidrogenului în topitură, este necesară utilizarea mediilor de adsorbție și a echipamentelor de filtrare-rafinare pentru a îndepărta hidrogenul și alte incluziuni din topitură, pentru a obține o topitură de aliaj extrem de purificată.
2. Cauze microscopice ale formării fisurilor
2.1 Fisurarea la cald a lingourilor este determinată în principal de rata de contracție la solidificare, viteza de alimentare și dimensiunea critică a zonei moi. Dacă dimensiunea zonei moi depășește un prag critic, va apărea fisurare la cald.
2.2 În general, procesul de solidificare a aliajelor poate fi împărțit în mai multe etape: alimentare în vrac, alimentare interdendritică, separarea dendritelor și formarea de punți între dendrite.
2.3 În timpul etapei de separare a dendritelor, brațele dendritelor devin mai strâns împachetate, iar curgerea lichidului este restricționată de tensiunea superficială. Permeabilitatea zonei moi este redusă, iar contracția de solidificare și stresul termic suficiente pot duce la microporozitate sau chiar la fisuri fierbinți.
2.4 În stadiul de punte dendritică, la joncțiunile triple rămâne doar o cantitate mică de lichid. În acest moment, materialul semisolid are o rezistență și o plasticitate considerabile, iar fluajul în stare solidă este singurul mecanism care compensează contracția de solidificare și stresul termic. Aceste două etape sunt cele mai susceptibile de a forma goluri de contracție sau fisuri fierbinți.
3. Prepararea lingourilor de înaltă calitate pentru plăci metalice pe baza mecanismelor de formare a fisurilor
3.1 Lingourile de dimensiuni mari prezintă adesea fisuri superficiale, porozitate internă și incluziuni, care au un impact sever asupra comportamentului mecanic în timpul solidificării aliajului.
3.2 Proprietățile mecanice ale aliajului în timpul solidificării depind în mare măsură de caracteristicile structurale interne, inclusiv dimensiunea granulelor, conținutul de hidrogen și nivelurile de incluziune.
3.3 Pentru aliajele de aluminiu cu structuri dendritice, distanța dintre brațele dendritelor secundare (SDAS) afectează semnificativ atât proprietățile mecanice, cât și procesul de solidificare. Un SDAS mai fin duce la formarea mai timpurie a porozității și la fracții de porozitate mai mari, reducând tensiunea critică pentru fisurarea la cald.
3.4 Defectele precum golurile și incluziunile de contracție interdendritică slăbesc sever rezistența scheletului solid și reduc semnificativ tensiunea critică necesară pentru fisurarea la cald.
3.5 Morfologia granulelor este un alt factor microstructural critic care influențează comportamentul la fisurare la cald. Când granulele trec de la dendrite columnare la granule globulare echiaxiale, aliajul prezintă o temperatură de rigiditate mai scăzută și o permeabilitate interdendritică îmbunătățită a lichidelor, ceea ce suprimă creșterea porilor. În plus, granulele mai fine pot suporta rate de deformare și deformare mai mari și pot prezenta căi de propagare a fisurilor mai complexe, reducând astfel tendința generală de fisurare la cald.
3.6 În producția practică, optimizarea manipulării topiturii și a tehnicilor de turnare — cum ar fi controlul strict al incluziunilor și al conținutului de hidrogen, precum și al structurii granulelor — poate îmbunătăți rezistența internă a lingourilor sub formă de brame la fisurarea la cald. Combinate cu proiectarea optimizată a sculelor și a metodelor de procesare, aceste măsuri pot duce la producerea de lingouri sub formă de brame cu randament ridicat, la scară largă și de înaltă calitate.
4. Rafinarea granulelor de lingouri
Aliajul de aluminiu 7050 utilizează în principal două tipuri de rafinoare de granule: Al-5Ti-1B și Al-3Ti-0.15C. Studiile comparative privind aplicarea în linie a acestor rafinoare arată:
Lingourile 4.1 rafinate cu Al-5Ti-1B prezintă dimensiuni ale granulelor semnificativ mai mici și o tranziție mai uniformă de la marginea lingoului spre centru. Stratul cu granulație grosieră este mai subțire, iar efectul general de rafinare a granulelor este mai puternic pe întregul lingou.
4.2 Atunci când se utilizează materii prime rafinate anterior cu Al-3Ti-0.15C, efectul de rafinare a granulelor Al-5Ti-1B este diminuat. În plus, creșterea adaosului de Al-Ti-B dincolo de un anumit punct nu îmbunătățește proporțional rafinarea granulelor. Prin urmare, adaosurile de Al-Ti-B ar trebui limitate la maximum 2 kg/t.
Lingourile rafinate cu Al-3Ti-0.15C constau în principal din granule fine, globulare, echiaxiale. Dimensiunea granulelor este relativ uniformă pe lățimea bramei. Un adaos de 3-4 kg/t de Al-3Ti-0.15C este eficient în stabilizarea calității produsului.
4.4 În mod special, atunci când se utilizează Al-5Ti-1B în aliajul 7050, particulele de TiB₂ tind să se separe spre pelicula de oxid de pe suprafața lingoului în condiții de răcire rapidă, formând aglomerări care duc la formarea zgurii. În timpul solidificării lingoului, aceste aglomerări se contractă spre interior pentru a forma pliuri asemănătoare canelurilor, modificând tensiunea superficială a topiturii. Acest lucru crește vâscozitatea topiturii și reduce fluiditatea, ceea ce, la rândul său, promovează formarea fisurilor la baza matriței și la colțurile fețelor late și înguste ale lingoului. Acest lucru crește semnificativ tendința de fisurare și are un impact negativ asupra randamentului lingoului.
4.5 Având în vedere comportamentul de formare al aliajului 7050, structura granulară a lingourilor similare autohtone și internaționale și calitatea produselor finale prelucrate, se preferă Al-3Ti-0.15C ca rafinor de granulație în linie pentru turnarea aliajului 7050 - cu excepția cazului în care anumite condiții specifice impun altfel.
5. Comportamentul de rafinare a granulelor de Al-3Ti-0.15C
5.1 Când agentul de rafinare a granulelor este adăugat la 720 °C, granulele constau în principal din structuri echiaxiale cu unele substructuri și au cele mai fine dimensiuni.
5.2 Dacă topitura este menținută prea mult timp după adăugarea agentului de rafinare (de exemplu, mai mult de 10 minute), creșterea dendritică grosieră domină, rezultând granule mai grosiere.
5.3 Când cantitatea adăugată de rafinor de cereale este de 0,010% până la 0,015%, se obțin granule fine echiaxiale.
5.4 Pe baza procesului industrial al aliajului 7050, condițiile optime de rafinare a granulelor sunt: temperatura de adăugare în jur de 720 °C, timpul de la adăugare până la solidificarea finală controlat în maxim 20 de minute și cantitatea de rafinor de aproximativ 0,01–0,015% (3–4 kg/t de Al-3Ti-0,15C).
5.5 În ciuda variațiilor dimensiunii lingourilor, timpul total de la adăugarea rafinorului de granule după ieșirea din topitură, prin sistemul în linie, jgheab și matriță, până la solidificarea finală este de obicei de 15-20 de minute.
5.6 În mediul industrial, creșterea cantității de rafinor de granule peste un conținut de Ti de 0,01% nu îmbunătățește semnificativ rafinarea granulelor. În schimb, adăugarea excesivă duce la îmbogățirea cu Ti și C, crescând probabilitatea apariției defectelor de material.
5.7 Testele efectuate în diferite puncte — intrarea degazării, ieșirea degazării și jgheabul de turnare — arată diferențe minime în ceea ce privește dimensiunea granulelor. Cu toate acestea, adăugarea rafinorului direct în jgheabul de turnare fără filtrare crește riscul de defecte în timpul inspecției cu ultrasunete a materialelor prelucrate.
5.8 Pentru a asigura o rafinare uniformă a granulelor și a preveni acumularea de rafinor, acesta trebuie adăugat la intrarea în sistemul de degazare.
Data publicării: 16 iulie 2025
