1. Макроскопски фактори кои придонесуваат за формирање на пукнатини
1.1 За време на полуконтинуирано леење, водата за ладење се прска директно врз површината на инготот, создавајќи стрмен температурен градиент во рамките на инготот. Ова резултира со нееднаква контракција помеѓу различните региони, предизвикувајќи меѓусебно ограничување и генерирање на термички напрегања. Под одредени полиња на напрегање, овие напрегања можат да доведат до пукање на инготот.
1.2 Во индустриското производство, пукањето на инготите често се јавува во почетната фаза на леење или потекнува од микропукнатини кои подоцна се шират за време на ладењето, потенцијално ширејќи се низ целиот ингот. Покрај пукањето, за време на почетната фаза на леење може да се појават и други дефекти како што се ладни затворачи, искривување и висење, што ја прави критична фаза во целиот процес на леење.
1.3 Подложноста на директното ладно леење на топло пукање е значително под влијание на хемискиот состав, додатоците на главната легура и количината на употребени рафинерии за зрна.
1.4 Чувствителноста на топло пукање на легурите главно се должи на внатрешните напрегања што предизвикуваат формирање на празнини и пукнатини. Нивното формирање и дистрибуција се определени од елементите на легирање, металуршкиот квалитет на топењето и параметрите на полуконтинуирано леење. Поточно, големите инготи од алуминиумските легури од серијата 7xxx се особено склони кон топло пукање поради повеќекратните елементи на легирање, широките опсези на стврднување, високите напрегања на леењето, оксидациската сегрегација на елементите од легурата, релативно лошиот металуршки квалитет и ниската способност за обликување на собна температура.
1.5 Студиите покажаа дека електромагнетните полиња и легирачките елементи (вклучувајќи ги рафинериите на зрна, главните легирачки елементи и елементите во трагови) значително влијаат на микроструктурата и подложноста на топло пукање на полуконтинуирано леените легури од серијата 7xxx.
1.6 Дополнително, поради сложениот состав на алуминиумската легура 7050 и присуството на лесно оксидирачки елементи, стопената маса има тенденција да апсорбира повеќе водород. Ова, во комбинација со оксидните инклузии, доведува до коегзистенција на гас и инклузии, што резултира со висока содржина на водород во стопената маса. Содржината на водород стана клучен фактор што влијае на резултатите од инспекцијата, однесувањето при кршење и перформансите на замор на обработените материјали од инготи. Затоа, врз основа на механизмот на присуство на водород во стопената маса, потребно е да се користат медиуми за адсорпција и опрема за филтрирање-рафинирање за отстранување на водородот и другите инклузии од стопената маса за да се добие високо прочистена стопена легура.
2. Микроскопски причини за формирање на пукнатини
2.1 Топлото пукање на инготите првенствено се определува од стапката на стврднување при собирање, стапката на полнење и критичната големина на кашестата зона. Ако големината на кашестата зона надмине критичен праг, ќе се појави топло пукање.
2.2 Општо земено, процесот на стврднување на легурите може да се подели во неколку фази: полнење во голем дел, полнење меѓу дендритите, одвојување на дендритите и премостување на дендритите.
2.3 За време на фазата на одвојување на дендритите, дендритските краци стануваат поблиску збиени, а протокот на течност е ограничен од површинскиот напон. Пропустливоста на кашестата зона е намалена, а доволното стврднување при стврднување и термичкиот стрес може да доведат до микропорозност или дури и до топли пукнатини.
2.4 Во фазата на премостување на дендритите, само мала количина течност останува на тројните споеви. Во овој момент, полуцврстиот материјал има значителна цврстина и пластичност, а ползењето во цврста состојба е единствениот механизам за компензација на стврднувањето и термичкиот стрес. Овие две фази најверојатно ќе формираат празнини на собирање или топли пукнатини.
3. Подготовка на висококвалитетни инготи за плочи врз основа на механизми за формирање пукнатини
3.1 Големите инготи од плоча често покажуваат површински пукнатини, внатрешна порозност и инклузии, што сериозно влијае на механичкото однесување за време на стврднувањето на легурата.
3.2 Механичките својства на легурата за време на стврднувањето во голема мера зависат од внатрешните структурни карактеристики, вклучувајќи ја големината на зрната, содржината на водород и нивоата на вклучување.
3.3 Кај алуминиумските легури со дендритни структури, растојанието помеѓу секундарните дендритни краци (SDAS) значително влијае и на механичките својства и на процесот на стврднување. Пофиниот SDAS води до порано формирање на порозност и повисоки фракции на порозност, намалувајќи го критичниот стрес за топло пукање.
3.4 Дефектите како што се празнините и инклузиите во меѓудендритното собирање значително ја ослабуваат цврстината на цврстиот скелет и значително го намалуваат критичниот стрес потребен за топло пукање.
3.5 Морфологијата на зрната е уште еден критичен микроструктурен фактор што влијае на однесувањето на топло пукање. Кога зрната преминуваат од столбови дендрити во глобуларни еквиаксијални зрна, легурата покажува пониска температура на цврстина и подобрена интердендритична пропустливост на течности, што го потиснува растот на порите. Дополнително, пофините зрна можат да прифатат поголемо оптоварување и стапки на оптоварување и да презентираат посложени патеки на ширење на пукнатините, со што се намалува вкупната тенденција на топло пукање.
3.6 Во практичното производство, оптимизирањето на техниките за ракување со топењето и леењето - како што е строго контролирање на вклучувањето и содржината на водород, како и структурата на зрната - може да ја подобри внатрешната отпорност на плочните инготи на топло пукање. Во комбинација со оптимизиран дизајн на алатки и методи на обработка, овие мерки можат да доведат до производство на плочни инготи со висок принос, големи размери и висок квалитет.
4. Рафинирање на зрно од ингот
Алуминиумската легура 7050 првенствено користи два вида рафинерии за жито: Al-5Ti-1B и Al-3Ti-0.15C. Компаративните студии за во линија примена на овие рафинерии покажуваат:
4.1 Инготите рафинирани со Al-5Ti-1B покажуваат значително помали големини на зрната и порамномерен премин од работ на инготот кон центарот. Грубозрнестиот слој е потенок, а целокупниот ефект на рафинирање на зрната е посилен низ целата ингота.
4.2 Кога се користат суровини претходно рафинирани со Al-3Ti-0.15C, ефектот на рафинирање на зрната со Al-5Ti-1B е намален. Понатаму, зголемувањето на додавањето на Al-Ti-B над одредена точка не го подобрува пропорционално рафинирањето на зрната. Затоа, додавањата на Al-Ti-B треба да бидат ограничени на не повеќе од 2 кг/т.
4.3 Инготите рафинирани со Al-3Ti-0.15C се состојат главно од фини, глобуларни еквиаксијални зрна. Големината на зрната е релативно униформна по ширината на плочата. Додавањето од 3–4 кг/т Al-3Ti-0.15C е ефикасно за стабилизирање на квалитетот на производот.
4.4 Имено, кога Al-5Ti-1B се користи во легура 7050, честичките TiB₂ имаат тенденција да се сегрегираат кон оксидниот филм на површината на инготот под услови на брзо ладење, формирајќи кластери што доведуваат до формирање на згура. За време на стврднувањето на инготот, овие кластери се собираат навнатре за да формираат набори слични на жлебови, менувајќи го површинскиот напон на стопената маса. Ова ја зголемува вискозноста на стопената маса и ја намалува флуидноста, што пак го поттикнува формирањето на пукнатини во основата на калапот и аглите на широките и тесните површини на инготот. Ова значително ја зголемува тенденцијата за пукање и негативно влијае на приносот на инготот.
4.5 Со оглед на однесувањето при формирање на легурата 7050, структурата на зрната на слични домашни и меѓународни инготи и квалитетот на финалните преработени производи, Al-3Ti-0.15C е претпочитан како воведен рафинатор на зрна за леење легура 7050 - освен ако специфичните услови не бараат поинаку.
5. Однесување при рафинирање на зрната на Al-3Ti-0.15C
5.1 Кога се додава рафинерот за зрна на 720 °C, зрната се состојат првенствено од еквиоскидни структури со некои потструктури и се со најмала големина.
5.2 Ако стопената смеса се задржи предолго по додавањето на рафинерот (на пр., повеќе од 10 минути), доминира груб дендритичен раст, што резултира со покрупни зрна.
5.3 Кога додадената количина на рафинатор за зрна е од 0,010% до 0,015%, се постигнуваат фини еквиаксијални зрна.
5.4 Врз основа на индустрискиот процес на легурата 7050, оптималните услови за рафинирање на зрната се: температура на додавање околу 720 °C, време од додавање до конечно стврднување контролирано во рок од 20 минути и количина на рафинатор од приближно 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 И покрај варијациите во големината на инготите, вкупното време од додавањето на рафинирачот на зрна по излегувањето од стопената маса, преку вградениот систем, коритото и калапот, до конечното стврднување е обично 15-20 минути.
5.6 Во индустриски услови, зголемувањето на количината на рафинатор за жито над содржината на Ti од 0,01% не ја подобрува значително рафинираноста на житото. Наместо тоа, прекумерното додавање води до збогатување со Ti и C, зголемувајќи ја веројатноста за дефекти во материјалот.
5.7 Тестовите на различни точки - влез за дегазирање, излез за дегазирање и корито за леење - покажуваат минимални разлики во големината на зрната. Сепак, додавањето на рафинерот директно во коритото за леење без филтрација го зголемува ризикот од дефекти за време на ултразвучната инспекција на обработените материјали.
5.8 За да се обезбеди рамномерно рафинирање на зрната и да се спречи акумулација на рафинерот, рафинерот за зрна треба да се додаде на влезот од системот за дегасификација.
Време на објавување: 16 јули 2025 година
