1. A repedések kialakulásához hozzájáruló makroszkopikus tényezők
1.1 A félfolyamatos öntés során a hűtővizet közvetlenül a tuskó felületére permetezzük, ami meredek hőmérséklet-gradienst hoz létre a tuskón belül. Ez egyenetlen összehúzódást eredményez a különböző régiók között, ami kölcsönösen korlátozza egymást, és hőfeszültségeket generál. Bizonyos feszültségterek alatt ezek a feszültségek tuskórepedéshez vezethetnek.
1.2 Az ipari termelésben a tuskó repedése gyakran az öntés kezdeti szakaszában jelentkezik, vagy mikrorepedések formájában keletkezik, amelyek később, a hűtés során továbbterjednek, és potenciálisan az egész tuskón szétterjedhetnek. A repedések mellett más hibák is előfordulhatnak a kezdeti öntési szakaszban, mint például a hidegzáródás, a vetemedés és a belógás, így ez a teljes öntési folyamat kritikus fázisa.
1.3 A közvetlen kokillaöntés melegrepedésre való hajlamát jelentősen befolyásolja a kémiai összetétel, az alapanyagok hozzáadása és a felhasznált szemcsefinomítók mennyisége.
1.4 Az ötvözetek melegrepedésre való érzékenysége főként a belső feszültségeknek köszönhető, amelyek üregek és repedések kialakulását idézik elő. Kialakulását és eloszlását az ötvözőelemek, az olvadékkohászati minőség és a félfolyamatos öntési paraméterek határozzák meg. Pontosabban, a 7xxx sorozatú alumíniumötvözetek nagy méretű tuskói különösen hajlamosak a melegrepedésre a többszörös ötvözőelemek, a széles dermedéstartomány, a magas öntési feszültségek, az ötvözőelemek oxidációs szétválása, a viszonylag gyenge kohászati minőség és a szobahőmérsékleten való alacsony alakíthatóság miatt.
1.5 Tanulmányok kimutatták, hogy az elektromágneses mezők és az ötvözőelemek (beleértve a szemcsefinomítókat, a fő ötvözőelemeket és a nyomelemeket) jelentősen befolyásolják a félfolyamatos öntésű 7xxx sorozatú ötvözetek mikroszerkezetét és melegrepedés-hajlamát.
1.6 Ezenkívül a 7050-es alumíniumötvözet összetett összetétele és a könnyen oxidálódó elemek jelenléte miatt az olvadék hajlamos több hidrogént abszorbeálni. Ez az oxidzárványokkal kombinálva gáz és zárványok együttes jelenlétéhez vezet, ami magas hidrogéntartalmat eredményez az olvadékban. A hidrogéntartalom kulcsfontosságú tényezővé vált, amely befolyásolja a feldolgozott bugák vizsgálati eredményeit, törési viselkedését és fáradási teljesítményét. Ezért az olvadékban lévő hidrogén jelenlétének mechanizmusa alapján adszorpciós közeget és szűrő-finomító berendezéseket kell használni a hidrogén és más zárványok eltávolítására az olvadékból, hogy nagy tisztaságú ötvözetolvadékot kapjunk.
2. A repedésképződés mikroszkopikus okai
2.1 A tömb melegrepedését elsősorban a dermedés utáni zsugorodás sebessége, az adagolási sebesség és a pépes zóna kritikus mérete határozza meg. Ha a pépes zóna mérete meghaladja a kritikus küszöbértéket, melegrepedés következik be.
2.2 Az ötvözetek szilárdulási folyamata általában több szakaszra osztható: tömeges adagolás, interdendritikus adagolás, dendritek szétválasztása és dendritáthidalás.
2.3 A dendritszétválási szakaszban a dendritkarok szorosabban illeszkednek egymáshoz, és a folyadékáramlást a felületi feszültség korlátozza. A pépes zóna permeabilitása csökken, és a kellő mértékű szilárdulási zsugorodás és hőfeszültség mikroporozitást vagy akár forró repedéseket okozhat.
2.4 A dendritáthidaló szakaszban csak kis mennyiségű folyadék marad a hármas csatlakozásoknál. Ezen a ponton a félszilárd anyag jelentős szilárdsággal és képlékenységgel rendelkezik, és a szilárd fázisú kúszás az egyetlen mechanizmus, amely kompenzálja a megszilárdulási zsugorodást és a hőfeszültséget. Ez a két szakasz a legvalószínűbb a zsugorodási üregek vagy forró repedések kialakulásához.
3. Kiváló minőségű födémöntvények előállítása repedésképződési mechanizmusok alapján
3.1 A nagy méretű bugák gyakran felületi repedéseket, belső porozitást és zárványokat mutatnak, amelyek súlyosan befolyásolják a mechanikai viselkedést az ötvözet megszilárdulása során.
3.2 Az ötvözet mechanikai tulajdonságai a megszilárdulás során nagymértékben függenek a belső szerkezeti jellemzőktől, beleértve a szemcseméretet, a hidrogéntartalmat és a zárványszinteket.
3.3 Dendrites szerkezetű alumíniumötvözetek esetében a másodlagos dendritkarok távolsága (SDAS) jelentősen befolyásolja mind a mechanikai tulajdonságokat, mind a szilárdulási folyamatot. A finomabb SDAS korábbi porozitásképződéshez és magasabb porozitási arányhoz vezet, csökkentve a melegrepedéshez szükséges kritikus feszültséget.
3.4 Az olyan hibák, mint az interdendritikus zsugorodási üregek és zárványok, súlyosan gyengítik a szilárd váz szívósságát, és jelentősen csökkentik a melegrepedéshez szükséges kritikus feszültséget.
3.5 A szemcsemorfológia egy másik kritikus mikroszerkezeti tényező, amely befolyásolja a melegrepedési viselkedést. Amikor a szemcsék oszlopos dendritekből gömb alakú, egyenlő tengelyű szemcsékbe mennek át, az ötvözet alacsonyabb merevségi hőmérsékletet és jobb interdendritikus folyadék-áteresztőképességet mutat, ami gátolja a pórusnövekedést. Ezenkívül a finomabb szemcsék nagyobb alakváltozási és alakváltozási sebességet tudnak felvenni, és összetettebb repedésterjedési útvonalakat mutatnak, ezáltal csökkentve a melegrepedési hajlamot.
3.6 A gyakorlati gyártásban az olvadékkezelési és öntési technikák optimalizálása – mint például a zárvány- és hidrogéntartalom, valamint a szemcseszerkezet szigorú szabályozása – javíthatja a bugák belső ellenállását a forró repedéssel szemben. Az optimalizált szerszámtervezéssel és feldolgozási módszerekkel kombinálva ezek az intézkedések nagy hozamú, nagyméretű, kiváló minőségű bugák előállításához vezethetnek.
4. A tuskó szemcsefinomítása
A 7050 alumíniumötvözethez elsősorban kétféle szemcsefinomítót használnak: Al-5Ti-1B és Al-3Ti-0.15C. Ezen finomítók gyártósori alkalmazásának összehasonlító tanulmányai a következőket mutatják:
4.1 Az Al-5Ti-1B-vel finomított tuskók lényegesen kisebb szemcseméretet és egyenletesebb átmenetet mutatnak a tuskó szélétől a közepéig. A durva szemcsés réteg vékonyabb, és a szemcsefinomodás általános hatása erősebb a tuskó teljes felületén.
4.2 Ha korábban Al-3Ti-0,15C-vel finomított nyersanyagokat használnak, az Al-5Ti-1B szemcsefinomító hatása csökken. Továbbá az Al-Ti-B adagolásának egy bizonyos ponton túli növelése nem növeli arányosan a szemcsefinomítást. Ezért az Al-Ti-B adagolását legfeljebb 2 kg/t mennyiségre kell korlátozni.
4.3 Az Al-3Ti-0,15C-vel finomított tuskók főként finom, gömb alakú, egyenlőtengelyű szemcsékből állnak. A szemcseméret viszonylag egyenletes a tuskó szélességében. 3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C hozzáadása hatékonyan stabilizálja a termékminőséget.
4.4 Figyelemre méltó, hogy amikor Al-5Ti-1B-t használnak a 7050 ötvözetben, a TiB₂ részecskék gyors hűtési körülmények között hajlamosak a tuskó felületén lévő oxidfilm felé szegregálódni, klasztereket képezve, ami salakképződéshez vezet. A tuskó megszilárdulása során ezek a klaszterek befelé zsugorodnak, horonyszerű redőket képezve, megváltoztatva az olvadék felületi feszültségét. Ez növeli az olvadék viszkozitását és csökkenti a folyékonyságot, ami viszont elősegíti a repedések kialakulását a forma alján és a tuskó széles és keskeny felületeinek sarkaiban. Ez jelentősen növeli a repedésképződési hajlamot, és negatívan befolyásolja a tuskó hozamát.
4.5 A 7050-es ötvözet alakítási viselkedését, a hasonló hazai és nemzetközi öntvények szemcseszerkezetét, valamint a végtermékek minőségét figyelembe véve az Al-3Ti-0.15C az előnyösebb a 7050-es ötvözet öntéséhez in-line szemcsefinomítóként – kivéve, ha a különleges körülmények másként kívánják.
5. Az Al-3Ti-0,15C szemcsefinomodási viselkedése
5.1 Amikor a szemcsefinomítót 720 °C-on adjuk hozzá, a szemcsék elsősorban egyenlőtengelyű szerkezetekből állnak, néhány alszerkezettel együtt, és a legvékonyabb méretűek.
5.2 Ha az olvadékot a finomító hozzáadása után túl sokáig tartják (pl. 10 percen túl), akkor a durva dendrites növekedés dominál, ami durvább szemcséket eredményez.
5.3 Amikor a gabonafinomító hozzáadott mennyisége 0,010% és 0,015% között van, finom, egyenlő tengelyű szemcséket kapunk.
5.4 A 7050 ötvözet ipari eljárása alapján az optimális szemcsefinomítási feltételek a következők: adagolási hőmérséklet körülbelül 720 °C, az adagolástól a végső megszilárdulásig eltelt idő 20 percen belül, és a finomító mennyisége körülbelül 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 A tuskóméretek eltérései ellenére az olvadék kilépése utáni szemcsefinomító hozzáadásától a soros rendszeren, a vályún és a formán keresztül a végső megszilárdulásig tartó teljes idő jellemzően 15–20 perc.
5.6 Ipari környezetben a szemcsefinomító mennyiségének 0,01%-nál nagyobb titán-tartalma nem javítja jelentősen a szemcsefinomítást. Ehelyett a túlzott adagolás titán- és széndúsuláshoz vezet, növelve az anyaghibák valószínűségét.
5.7 A különböző pontokon – gáztalanító bemenet, gáztalanító kimenet és öntővályú – végzett vizsgálatok minimális szemcseméret-különbségeket mutatnak. A finomítónak közvetlenül az öntővályúhoz, szűrés nélkül történő hozzáadása azonban növeli a hibák kockázatát a feldolgozott anyagok ultrahangos vizsgálata során.
5.8 Az egyenletes szemcsefinomítás biztosítása és a finomító felhalmozódásának megakadályozása érdekében a szemcsefinomítót a gáztalanító rendszer bemenetéhez kell hozzáadni.
Közzététel ideje: 2025. július 16.
