1. Makroskopski čimbenici koji doprinose stvaranju pukotina
1.1 Tijekom polukontinuiranog lijevanja, rashladna voda se izravno prska na površinu ingota, stvarajući strmi temperaturni gradijent unutar ingota. To rezultira neravnomjernim skupljanjem između različitih područja, uzrokujući međusobno ograničenje i stvaranje toplinskih naprezanja. Pod određenim poljima naprezanja, ta naprezanja mogu dovesti do pucanja ingota.
1.2 U industrijskoj proizvodnji, pucanje ingota često se javlja u početnoj fazi lijevanja ili nastaje kao mikropukotine koje se kasnije šire tijekom hlađenja, potencijalno se šireći po cijelom ingotu. Osim pucanja, tijekom početne faze lijevanja mogu se pojaviti i drugi nedostaci poput hladnog zatvaranja, savijanja i visenja, što je čini kritičnom fazom u cijelom procesu lijevanja.
1.3 Osjetljivost direktnog lijevanja u hladnoj vodi na vruće pukotine značajno je pod utjecajem kemijskog sastava, dodataka predlegure i količine korištenih pročišćavača zrna.
1.4 Osjetljivost legura na vruće pukotine uglavnom je posljedica unutarnjih naprezanja koja potiču stvaranje šupljina i pukotina. Njihovo stvaranje i raspodjela određeni su legirajućim elementima, metalurškom kvalitetom taline i parametrima polukontinuiranog lijevanja. Konkretno, veliki ingoti aluminijskih legura serije 7xxx posebno su skloni vrućim pukotinama zbog više legirajućih elemenata, širokih raspona skrućivanja, visokih naprezanja lijevanja, oksidacijske segregacije elemenata legure, relativno loše metalurške kvalitete i niske oblikovljivosti na sobnoj temperaturi.
1.5 Studije su pokazale da elektromagnetska polja i legirajući elementi (uključujući pročišćavače zrna, glavne legirajuće elemente i elemente u tragovima) značajno utječu na mikrostrukturu i osjetljivost na vruće pukotine polukontinuirano lijevanih legura serije 7xxx.
1.6 Osim toga, zbog složenog sastava aluminijske legure 7050 i prisutnosti lako oksidirajućih elemenata, talina ima tendenciju apsorbirati više vodika. To, u kombinaciji s oksidnim inkluzijama, dovodi do koegzistencije plina i inkluzija, što rezultira visokim udjelom vodika u talini. Sadržaj vodika postao je ključni čimbenik koji utječe na rezultate inspekcije, ponašanje pri lomu i performanse zamora obrađenih ingotinskih materijala. Stoga je, na temelju mehanizma prisutnosti vodika u talini, potrebno koristiti adsorpcijske medije i opremu za filtraciju i rafiniranje kako bi se uklonio vodik i druge inkluzije iz taline kako bi se dobila visoko pročišćena talina legure.
2. Mikroskopski uzroci nastanka pukotina
2.1 Vruće pucanje ingota prvenstveno je određeno brzinom skupljanja pri skrućivanju, brzinom punjenja i kritičnom veličinom kašaste zone. Ako veličina kašaste zone prijeđe kritični prag, doći će do vrućeg pucanja.
2.2 Općenito, proces skrućivanja legura može se podijeliti u nekoliko faza: punjenje mase, interdendritično punjenje, odvajanje dendrita i premošćivanje dendrita.
2.3 Tijekom faze odvajanja dendrita, dendritni krakovi postaju gušće zbijeni, a protok tekućine je ograničen površinskom napetošću. Propusnost kašaste zone je smanjena, a dovoljno skupljanje pri skrućivanju i toplinsko naprezanje mogu dovesti do mikroporoznosti ili čak vrućih pukotina.
2.4 U fazi premošćivanja dendrita, na trostrukim spojevima ostaje samo mala količina tekućine. U ovoj fazi, polukruti materijal ima znatnu čvrstoću i plastičnost, a puzanje u čvrstom stanju jedini je mehanizam koji kompenzira skupljanje pri skrućivanju i toplinsko naprezanje. Ove dvije faze najvjerojatnije stvaraju šupljine od skupljanja ili vruće pukotine.
3. Priprema visokokvalitetnih ingota za ploče na temelju mehanizama stvaranja pukotina
3.1 Veliki ingoti u obliku ploče često pokazuju površinske pukotine, unutarnju poroznost i inkluzije, što ozbiljno utječe na mehaničko ponašanje tijekom skrućivanja legure.
3.2 Mehanička svojstva legure tijekom skrućivanja uvelike ovise o unutarnjim strukturnim značajkama, uključujući veličinu zrna, sadržaj vodika i razinu uključaka.
3.3 Kod aluminijevih legura s dendritičnim strukturama, razmak sekundarnih dendritnih krakova (SDAS) značajno utječe i na mehanička svojstva i na proces skrućivanja. Finiji SDAS dovodi do ranijeg stvaranja poroznosti i većeg udjela poroznosti, smanjujući kritično naprezanje za vruće pukotine.
3.4 Nedostaci poput interdendritičnih šupljina i inkluzija uslijed skupljanja ozbiljno slabe žilavost čvrstog kostura i značajno smanjuju kritično naprezanje potrebno za vruće pukotine.
3.5 Morfologija zrna je još jedan kritični mikrostrukturni faktor koji utječe na ponašanje vrućih pukotina. Kada zrna prijeđu iz stupčastih dendrita u globularna jednakoosna zrna, legura pokazuje nižu temperaturu krutosti i poboljšanu interdendritičnu propusnost tekućine, što potiskuje rast pora. Osim toga, finija zrna mogu se prilagoditi većim naprezanjima i brzinama naprezanja te predstavljati složenije putove širenja pukotina, čime se smanjuje ukupna sklonost vrućim pukotinama.
3.6 U praktičnoj proizvodnji, optimiziranje rukovanja talinom i tehnika lijevanja - poput stroge kontrole uključaka i sadržaja vodika, kao i strukture zrna - može poboljšati unutarnji otpor ingota u pločama na vruće pucanje. U kombinaciji s optimiziranim dizajnom alata i metodama obrade, ove mjere mogu dovesti do proizvodnje visokokvalitetnih ingota u pločama visokog prinosa.
4. Pročišćavanje zrna ingota
Aluminijska legura 7050 prvenstveno koristi dvije vrste pročišćavača zrna: Al-5Ti-1B i Al-3Ti-0.15C. Komparativne studije o primjeni ovih pročišćavača u liniji pokazuju:
4.1 Ingoti rafinirani s Al-5Ti-1B pokazuju znatno manje veličine zrna i ujednačeniji prijelaz od ruba ingota prema središtu. Grubozrnati sloj je tanji, a ukupni učinak rafiniranja zrna je jači po cijelom ingotu.
4.2 Kada se koriste sirovine prethodno rafinirane s Al-3Ti-0.15C, učinak pročišćavanja zrna Al-5Ti-1B se smanjuje. Nadalje, povećanje dodatka Al-Ti-B iznad određene točke ne povećava proporcionalno pročišćavanje zrna. Stoga, dodaci Al-Ti-B trebaju biti ograničeni na najviše 2 kg/t.
4.3 Ingoti rafinirani s Al-3Ti-0.15C sastoje se uglavnom od finih, kuglastih zrna s jednakom razinom osi. Veličina zrna je relativno ujednačena po širini ploče. Dodatak od 3-4 kg/t Al-3Ti-0.15C učinkovito stabilizira kvalitetu proizvoda.
4.4 Posebno je važno napomenuti da kada se Al-5Ti-1B koristi u leguri 7050, čestice TiB₂ imaju tendenciju segregacije prema oksidnom filmu na površini ingota pod uvjetima brzog hlađenja, formirajući nakupine koje dovode do stvaranja troske. Tijekom skrućivanja ingota, ove nakupine se skupljaju prema unutra i formiraju nabore nalik žljebovima, mijenjajući površinsku napetost taline. To povećava viskoznost taline i smanjuje fluidnost, što zauzvrat potiče stvaranje pukotina na dnu kalupa i kutovima širokih i uskih strana ingota. To značajno povećava sklonost pucanju i negativno utječe na prinos ingota.
4.5 Uzimajući u obzir ponašanje oblikovanja legure 7050, strukturu zrna sličnih domaćih i međunarodnih ingota te kvalitetu konačnih obrađenih proizvoda, Al-3Ti-0.15C je poželjniji kao linijski pročišćavač zrna za lijevanje legure 7050 - osim ako specifični uvjeti ne zahtijevaju drugačije.
5. Ponašanje profinjenosti zrna Al-3Ti-0.15C
5.1 Kada se doda pročišćavač zrna na 720 °C, zrna se sastoje prvenstveno od jednakoosnih struktura s nekim podstrukturama i najfinije su veličine.
5.2 Ako se talina drži predugo nakon dodavanja pročišćavača (npr. dulje od 10 minuta), dominira rast grubih dendrita, što rezultira grubljim zrnima.
5.3 Kada je količina dodatka pročišćavača zrna od 0,010% do 0,015%, postižu se fina jednakoosna zrna.
5.4 Na temelju industrijskog procesa legure 7050, optimalni uvjeti pročišćavanja zrna su: temperatura dodavanja oko 720 °C, vrijeme od dodavanja do konačnog skrućivanja kontrolirano unutar 20 minuta i količina pročišćavača od približno 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Unatoč varijacijama u veličini ingota, ukupno vrijeme od dodavanja pročišćavača zrna nakon izlaska taline, kroz linijski sustav, žlijeb i kalup, do konačnog skrućivanja obično je 15-20 minuta.
5.6 U industrijskim uvjetima, povećanje količine sredstva za pročišćavanje zrna iznad sadržaja Ti od 0,01% ne poboljšava značajno pročišćavanje zrna. Umjesto toga, prekomjerno dodavanje dovodi do obogaćivanja Ti i C, povećavajući vjerojatnost nedostataka materijala.
5.7 Ispitivanja na različitim točkama - ulazu za otplinjavanje, izlazu za otplinjavanje i ljevačkom koritu - pokazuju minimalne razlike u veličini zrna. Međutim, dodavanje pročišćavača izravno na ljevačkom koritu bez filtracije povećava rizik od nedostataka tijekom ultrazvučnog pregleda obrađenih materijala.
5.8 Kako bi se osiguralo ujednačeno usitnjavanje zrna i spriječilo nakupljanje pročišćavača, pročišćavač zrna treba dodati na ulazu sustava za otplinjavanje.
Vrijeme objave: 16. srpnja 2025.
