1. Макроскопски фактори који доприносе стварању пукотина
1.1 Током полуконтинуираног ливења, расхладна вода се директно прска на површину ингота, стварајући стрми температурни градијент унутар ингота. То доводи до неравномерне контракције између различитих региона, узрокујући међусобно ограничење и стварање термичких напона. Под одређеним пољима напона, ови напони могу довести до пуцања ингота.
1.2 У индустријској производњи, пуцање ингота често се јавља у почетној фази ливења или настаје као микропукотине које се касније шире током хлађења, потенцијално се ширећи по целом инготу. Поред пуцања, током почетне фазе ливења могу се јавити и други дефекти као што су хладно затварање, савијање и висење, што је чини критичном фазом у целом процесу ливења.
1.3 Осетљивост директног ливења у хладном стању на вруће пуцање значајно је под утицајем хемијског састава, додатка мастер легуре и количине коришћених рафинисача зрна.
1.4 Осетљивост легура на вруће пуцање углавном је последица унутрашњих напона који изазивају стварање шупљина и пукотина. Њихово формирање и расподела одређени су легирајућим елементима, металуршким квалитетом растопљеног стања и параметрима полуконтинуираног ливења. Конкретно, инготи великих димензија легура алуминијума серије 7xxx су посебно склони врућим пуцањима због вишеструких легирајућих елемената, широких опсега очвршћавања, високих напона ливења, оксидационе сегрегације легирајућих елемената, релативно лошег металуршког квалитета и ниске обликовљивости на собној температури.
1.5 Студије су показале да електромагнетна поља и легирајући елементи (укључујући средства за рафинирање зрна, главне легирајуће елементе и елементе у траговима) значајно утичу на микроструктуру и подложност врућим пукотинама полуконтинуирано ливених легура серије 7xxx.
1.6 Поред тога, због сложеног састава легуре алуминијума 7050 и присуства лако оксидованих елемената, растоп тежи да апсорбује више водоника. Ово, у комбинацији са оксидним инклузијама, доводи до коегзистенције гаса и инклузија, што резултира високим садржајем водоника у растопу. Садржај водоника је постао кључни фактор који утиче на резултате инспекције, понашање при лому и перформансе замора обрађених материјала ингота. Стога, на основу механизма присуства водоника у растопу, неопходно је користити адсорпционе медије и опрему за филтрацију и рафинацију како би се уклонио водоник и друге инклузије из растопа и добио високо пречишћени растоп легуре.
2. Микроскопски узроци формирања пукотина
2.1 Топло пуцање ингота првенствено је одређено брзином скупљања при очвршћавању, брзином додавања и критичном величином кашасте зоне. Ако величина кашасте зоне пређе критични праг, доћи ће до топлих пуцања.
2.2 Генерално, процес очвршћавања легура може се поделити у неколико фаза: додавање у маси, међудендритично додавање, раздвајање дендрита и премошћавање дендрита.
2.3 Током фазе одвајања дендрита, дендритни краци постају гушће збијени и проток течности је ограничен површинским напоном. Пропустљивост кашасте зоне је смањена, а довољно скупљање услед очвршћавања и термички напон могу довести до микропорозности или чак врућих пукотина.
2.4 У фази премошћавања дендрита, само мала количина течности остаје на троструким спојевима. У овој тачки, получврсти материјал има значајну чврстоћу и пластичност, а пузање у чврстом стању је једини механизам за компензацију скупљања услед очвршћавања и термичког напрезања. Ове две фазе највероватније формирају шупљине услед скупљања или вруће пукотине.
3. Припрема висококвалитетних ингота за плоче на основу механизама формирања пукотина
3.1 Велики инготи често показују површинске пукотине, унутрашњу порозност и инклузије, што озбиљно утиче на механичко понашање током очвршћавања легуре.
3.2 Механичка својства легуре током очвршћавања у великој мери зависе од унутрашњих структурних карактеристика, укључујући величину зрна, садржај водоника и нивое укључивања.
3.3 Код легура алуминијума са дендритским структурама, размак секундарних дендритних кракова (SDAS) значајно утиче и на механичка својства и на процес очвршћавања. Финији SDAS доводи до ранијег формирања порозности и већих фракција порозности, смањујући критични напон за топле пукотине.
3.4 Дефекти као што су интердендритичке шупљине и инклузије услед скупљања озбиљно слабе жилавост чврстог скелета и значајно смањују критични напон потребан за топле пукотине.
3.5 Морфологија зрна је још један критични микроструктурни фактор који утиче на понашање врућих пукотина. Када зрна прелазе из стубастих дендрита у глобуларна зрна са једнаким осама, легура показује нижу температуру крутости и побољшану интердендритичну пропустљивост течности, што сузбија раст пора. Поред тога, финија зрна могу да приме веће напрезање и брзине напрезања и представљају сложеније путање ширења пукотина, чиме се смањује укупна тенденција ка врућим пукотинама.
3.6 У практичној производњи, оптимизација руковања растопом и техника ливења – као што је строга контрола укључивања и садржаја водоника, као и структуре зрна – може побољшати унутрашњу отпорност ингота у плочама на топле пукотине. У комбинацији са оптимизованим дизајном алата и методама обраде, ове мере могу довести до производње ингота у плочама високог приноса, великих размера и високог квалитета.
4. Рафинисање зрна ингота
Алуминијумска легура 7050 првенствено користи две врсте рафинера зрна: Al-5Ti-1B и Al-3Ti-0.15C. Упоредне студије о примени ових рафинера у току производње показују:
4.1 Инготи рафинисани са Al-5Ti-1B показују знатно мање величине зрна и равномернији прелаз од ивице ингота ка центру. Крупнозрнасти слој је тањи, а укупни ефекат рафинисања зрна је јачи по целом инготу.
4.2 Када се користе сировине претходно рафинисане са Al-3Ti-0.15C, ефекат рафинирања зрна Al-5Ti-1B се смањује. Штавише, повећање додатка Al-Ti-B преко одређене тачке не побољшава пропорционално рафинирање зрна. Стога, додатак Al-Ti-B треба ограничити на највише 2 kg/t.
4.3 Инготи рафинисани са Al-3Ti-0.15C састоје се углавном од финих, глобуларних зрна са једнаким осама. Величина зрна је релативно уједначена по ширини плоче. Додавање 3–4 кг/т Al-3Ti-0.15C је ефикасно у стабилизацији квалитета производа.
4.4 Приметно је да када се Al-5Ti-1B користи у легури 7050, честице TiB₂ имају тенденцију да се одвоје према оксидном филму на површини ингота под условима брзог хлађења, формирајући кластере који доводе до стварања згуре. Током очвршћавања ингота, ови кластери се скупљају ка унутра и формирају жлебљене наборе, мењајући површински напон растопа. Ово повећава вискозност растопа и смањује флуидност, што заузврат подстиче стварање пукотина на дну калупа и угловима широких и уских површина ингота. Ово значајно повећава тенденцију пуцања и негативно утиче на принос ингота.
4.5 Узимајући у обзир понашање легуре 7050 при обликовању, структуру зрна сличних домаћих и међународних ингота и квалитет финалних обрађених производа, Al-3Ti-0.15C је пожељан као линијски рафинисач зрна за ливење легуре 7050 - осим ако специфични услови не захтевају другачије.
5. Понашање префињења зрна Al-3Ti-0.15C
5.1 Када се дода рафинер зрна на 720 °C, зрна се састоје првенствено од једнакоосних структура са неким подструктурама и најфиније су величине.
5.2 Ако се растоп држи предуго након додавања рафинирача (нпр. дуже од 10 минута), доминира раст крупних дендрита, што резултира крупнијим зрнима.
5.3 Када је количина додатог рафинирача зрна од 0,010% до 0,015%, постижу се фина зрна са једнаким осама.
5.4 На основу индустријског процеса производње легуре 7050, оптимални услови рафинирања зрна су: температура додавања око 720 °C, време од додавања до коначног очвршћавања контролисано у року од 20 минута и количина рафинера од приближно 0,01–0,015% (3–4 кг/т Al-3Ti-0,15C).
5.5 Упркос варијацијама у величини ингота, укупно време од додавања рафинисача зрна након изласка из растопа, кроз линијски систем, корито и калуп, до коначног очвршћавања је обично 15–20 минута.
5.6 У индустријским условима, повећање количине средства за пречишћавање зрна изнад садржаја Ti од 0,01% не побољшава значајно пречишћавање зрна. Уместо тога, прекомерно додавање доводи до обогаћивања Ti и C, повећавајући вероватноћу дефеката материјала.
5.7 Тестови на различитим тачкама – улазу за дегазацију, излазу за дегазацију и кориту за ливење – показују минималне разлике у величини зрна. Међутим, додавање рафинера директно на кориту за ливење без филтрације повећава ризик од дефеката током ултразвучне контроле обрађених материјала.
5.8 Да би се осигурало равномерно млевење зрна и спречило накупљање рафинера, рафинер зрна треба додати на улазу система за дегазацију.
Време објаве: 16. јул 2025.
