1. Μακροσκοπικοί παράγοντες που συμβάλλουν στο σχηματισμό ρωγμών
1.1 Κατά την ημισυνεχή χύτευση, ψεκάζεται νερό ψύξης απευθείας στην επιφάνεια του πλινθώματος, δημιουργώντας μια απότομη θερμοκρασιακή διαβάθμιση εντός του πλινθώματος. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ανομοιόμορφη συστολή μεταξύ των διαφόρων περιοχών, προκαλώντας αμοιβαία συγκράτηση και δημιουργώντας θερμικές τάσεις. Υπό ορισμένα πεδία τάσης, αυτές οι τάσεις μπορούν να οδηγήσουν σε ρωγμές στο πλινθώμα.
1.2 Στη βιομηχανική παραγωγή, η ρωγμή των πλινθωμάτων εμφανίζεται συχνά στο αρχικό στάδιο χύτευσης ή προέρχεται από μικρορωγμές που αργότερα διαδίδονται κατά την ψύξη, ενδεχομένως εξαπλώνοντας σε ολόκληρο το πλινθώμα. Εκτός από τη ρωγμή, άλλα ελαττώματα όπως ψυχρά κλεισίματα, στρέβλωση και κρέμασμα μπορεί επίσης να εμφανιστούν κατά το αρχικό στάδιο χύτευσης, καθιστώντας το κρίσιμο στάδιο σε ολόκληρη τη διαδικασία χύτευσης.
1.3 Η ευαισθησία της άμεσης χύτευσης με ψύξη σε θερμή πυρόλυση επηρεάζεται σημαντικά από τη χημική σύνθεση, τις προσθήκες κράματος κύριων υλικών και την ποσότητα των μηχανημάτων εξευγενισμού κόκκων που χρησιμοποιούνται.
1.4 Η ευαισθησία των κραμάτων στη θερμή ρηγμάτωση οφείλεται κυρίως σε εσωτερικές τάσεις που προκαλούν το σχηματισμό κενών και ρωγμών. Ο σχηματισμός και η κατανομή τους καθορίζονται από τα στοιχεία κράματος, τη μεταλλουργική ποιότητα τήγματος και τις παραμέτρους ημισυνεχούς χύτευσης. Συγκεκριμένα, τα μεγάλου μεγέθους πλινθώματα κραμάτων αλουμινίου σειράς 7xxx είναι ιδιαίτερα επιρρεπή σε θερμή ρηγμάτωση λόγω πολλαπλών στοιχείων κράματος, ευρέων εύρους στερεοποίησης, υψηλών τάσεων χύτευσης, διαχωρισμού οξείδωσης των στοιχείων κράματος, σχετικά κακής μεταλλουργικής ποιότητας και χαμηλής διαμορφωσιμότητας σε θερμοκρασία δωματίου.
1.5 Μελέτες έχουν δείξει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία και τα στοιχεία κράματος (συμπεριλαμβανομένων των προϊόντων ραφιναρίσματος κόκκων, των κύριων στοιχείων κράματος και των ιχνοστοιχείων) επηρεάζουν σημαντικά τη μικροδομή και την ευαισθησία σε θερμές ρωγμές των ημισυνεχούς χυτευόμενων κραμάτων της σειράς 7xxx.
1.6 Επιπλέον, λόγω της σύνθετης σύνθεσης του κράματος αλουμινίου 7050 και της παρουσίας εύκολα οξειδούμενων στοιχείων, το τήγμα τείνει να απορροφά περισσότερο υδρογόνο. Αυτό, σε συνδυασμό με τα εγκλείσματα οξειδίου, οδηγεί στη συνύπαρξη αερίου και εγκλεισμάτων, με αποτέλεσμα υψηλή περιεκτικότητα σε υδρογόνο στο τήγμα. Η περιεκτικότητα σε υδρογόνο έχει γίνει βασικός παράγοντας που επηρεάζει τα αποτελέσματα των επιθεωρήσεων, τη συμπεριφορά θραύσης και την απόδοση κόπωσης των επεξεργασμένων υλικών πλινθωμάτων. Επομένως, με βάση τον μηχανισμό παρουσίας υδρογόνου στο τήγμα, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν μέσα προσρόφησης και εξοπλισμός διήθησης-διύλισης για την απομάκρυνση του υδρογόνου και άλλων εγκλεισμάτων από το τήγμα, ώστε να ληφθεί ένα τήγμα κράματος υψηλής καθαρότητας.
2. Μικροσκοπικές αιτίες σχηματισμού ρωγμών
2.1 Η θερμή ρωγμάτωση πλινθωμάτων καθορίζεται κυρίως από τον ρυθμό συρρίκνωσης στερεοποίησης, τον ρυθμό τροφοδοσίας και το κρίσιμο μέγεθος της ζώνης πολτοποίησης. Εάν το μέγεθος της ζώνης πολτοποίησης υπερβεί ένα κρίσιμο όριο, θα εμφανιστεί θερμή ρωγμάτωση.
2.2 Γενικά, η διαδικασία στερεοποίησης των κραμάτων μπορεί να χωριστεί σε διάφορα στάδια: τροφοδοσία χύδην, τροφοδοσία μεταξύ δενδριτών, διαχωρισμός δενδριτών και γεφύρωση δενδριτών.
2.3 Κατά το στάδιο διαχωρισμού των δενδριτών, οι βραχίονες των δενδριτών γίνονται πιο πυκνά συμπιεσμένοι και η ροή του υγρού περιορίζεται από την επιφανειακή τάση. Η διαπερατότητα της ζώνης πολτού μειώνεται και η επαρκής συρρίκνωση στερεοποίησης και η θερμική καταπόνηση μπορεί να οδηγήσουν σε μικροπορώδες ή ακόμα και σε θερμές ρωγμές.
2.4 Στο στάδιο γεφύρωσης δενδριτών, μόνο μια μικρή ποσότητα υγρού παραμένει στις τριπλές συνδέσεις. Σε αυτό το σημείο, το ημιστερεό υλικό έχει σημαντική αντοχή και πλαστικότητα, και ο ερπυσμός στερεάς κατάστασης είναι ο μόνος μηχανισμός για την αντιστάθμιση της συρρίκνωσης στερεοποίησης και της θερμικής καταπόνησης. Αυτά τα δύο στάδια είναι τα πιο πιθανό να σχηματίσουν κενά συρρίκνωσης ή θερμές ρωγμές.
3. Παρασκευή πλινθωμάτων πλακών υψηλής ποιότητας με βάση μηχανισμούς σχηματισμού ρωγμών
3.1 Τα πλινθώματα μεγάλου μεγέθους συχνά εμφανίζουν επιφανειακές ρωγμές, εσωτερικό πορώδες και εγκλείσματα, τα οποία επηρεάζουν σοβαρά τη μηχανική συμπεριφορά κατά τη στερεοποίηση του κράματος.
3.2 Οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος κατά τη στερεοποίηση εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από εσωτερικά δομικά χαρακτηριστικά, όπως το μέγεθος των κόκκων, η περιεκτικότητα σε υδρογόνο και τα επίπεδα εγκλεισμού.
3.3 Για τα κράματα αλουμινίου με δενδριτικές δομές, η απόσταση μεταξύ των δευτερογενών δενδριτικών βραχιόνων (SDAS) επηρεάζει σημαντικά τόσο τις μηχανικές ιδιότητες όσο και τη διαδικασία στερεοποίησης. Η λεπτότερη SDAS οδηγεί σε πρώιμο σχηματισμό πορώδους και υψηλότερα κλάσματα πορώδους, μειώνοντας την κρίσιμη τάση για θερμή πυρόλυση.
3.4 Ελαττώματα όπως τα κενά και οι εγκλείσεις μεταξύ των δενδριτικών συρρικνώσεων αποδυναμώνουν σοβαρά την ανθεκτικότητα του στερεού σκελετού και μειώνουν σημαντικά την κρίσιμη τάση που απαιτείται για τη θερμή ρηγμάτωση.
3.5 Η μορφολογία των κόκκων είναι ένας άλλος κρίσιμος μικροδομικός παράγοντας που επηρεάζει τη συμπεριφορά της θερμής ρωγμάτωσης. Όταν οι κόκκοι μεταβαίνουν από στηλικούς δενδρίτες σε σφαιρικούς ισοαξονικούς κόκκους, το κράμα εμφανίζει χαμηλότερη θερμοκρασία ακαμψίας και βελτιωμένη διαπερατότητα υγρών μεταξύ των δενδριτών, η οποία καταστέλλει την ανάπτυξη πόρων. Επιπλέον, οι λεπτότεροι κόκκοι μπορούν να προσαρμοστούν σε μεγαλύτερες παραμορφώσεις και ρυθμούς παραμόρφωσης και να παρουσιάσουν πιο σύνθετες διαδρομές διάδοσης ρωγμών, μειώνοντας έτσι τη συνολική τάση θερμής ρωγμάτωσης.
3.6 Στην πρακτική παραγωγή, η βελτιστοποίηση των τεχνικών χειρισμού τήγματος και χύτευσης —όπως ο αυστηρός έλεγχος της συμπερίληψης και της περιεκτικότητας σε υδρογόνο, καθώς και της δομής των κόκκων— μπορεί να βελτιώσει την εσωτερική αντίσταση των πλινθωμάτων πλάκας στη θερμή ρωγμάτωση. Σε συνδυασμό με βελτιστοποιημένο σχεδιασμό εργαλείων και μεθόδους επεξεργασίας, αυτά τα μέτρα μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή πλινθωμάτων πλάκας υψηλής απόδοσης, μεγάλης κλίμακας και υψηλής ποιότητας.
4. Βελτιστοποίηση κόκκων πλινθώματος
Το κράμα αλουμινίου 7050 χρησιμοποιεί κυρίως δύο τύπους ραφιναρισμένων κόκκων: Al-5Ti-1B και Al-3Ti-0.15C. Συγκριτικές μελέτες σχετικά με την εφαρμογή σε σειρά αυτών των ραφιναρισμένων δείχνουν:
4.1 Τα πλινθώματα που έχουν υποστεί επεξεργασία με Al-5Ti-1B παρουσιάζουν σημαντικά μικρότερα μεγέθη κόκκων και μια πιο ομοιόμορφη μετάβαση από την άκρη του πλινθώματος στο κέντρο. Το χονδρόκοκκο στρώμα είναι λεπτότερο και το συνολικό αποτέλεσμα βελτίωσης των κόκκων είναι ισχυρότερο σε όλο το πλινθώμα.
4.2 Όταν χρησιμοποιούνται πρώτες ύλες που έχουν προηγουμένως εξευγενιστεί με Al-3Ti-0.15C, το αποτέλεσμα βελτίωσης των κόκκων με Al-5Ti-1B μειώνεται. Επιπλέον, η αύξηση της προσθήκης Al-Ti-B πέρα από ένα ορισμένο σημείο δεν ενισχύει αναλογικά την βελτίωση των κόκκων. Συνεπώς, οι προσθήκες Al-Ti-B θα πρέπει να περιορίζονται σε όχι περισσότερο από 2 kg/t.
4.3 Τα πλινθώματα που έχουν υποστεί επεξεργασία με Al-3Ti-0.15C αποτελούνται κυρίως από λεπτούς, σφαιρικούς ισοαξονικούς κόκκους. Το μέγεθος των κόκκων είναι σχετικά ομοιόμορφο σε όλο το πλάτος της πλάκας. Η προσθήκη 3–4 kg/t Al-3Ti-0.15C είναι αποτελεσματική στη σταθεροποίηση της ποιότητας του προϊόντος.
4.4 Αξίζει να σημειωθεί ότι, όταν χρησιμοποιείται Al-5Ti-1B σε κράμα 7050, τα σωματίδια TiB₂ τείνουν να διασπώνται προς την μεμβράνη οξειδίου στην επιφάνεια του πλινθώματος υπό συνθήκες ταχείας ψύξης, σχηματίζοντας συστάδες που οδηγούν σε σχηματισμό σκωρίας. Κατά τη στερεοποίηση του πλινθώματος, αυτές οι συστάδες συρρικνώνονται προς τα μέσα σχηματίζοντας πτυχές που μοιάζουν με αυλάκια, μεταβάλλοντας την επιφανειακή τάση του τήγματος. Αυτό αυξάνει το ιξώδες του τήγματος και μειώνει τη ρευστότητα, γεγονός που με τη σειρά του προάγει τον σχηματισμό ρωγμών στη βάση του καλουπιού και στις γωνίες των πλατιών και στενών επιφανειών του πλινθώματος. Αυτό αυξάνει σημαντικά την τάση ρωγμών και επηρεάζει αρνητικά την απόδοση του πλινθώματος.
4.5 Λαμβάνοντας υπόψη τη συμπεριφορά διαμόρφωσης του κράματος 7050, τη δομή των κόκκων παρόμοιων εγχώριων και διεθνών πλινθωμάτων και την ποιότητα των τελικών επεξεργασμένων προϊόντων, το Al-3Ti-0.15C προτιμάται ως εν σειρά ραφιναριστής κόκκων για τη χύτευση κράματος 7050 - εκτός εάν συγκεκριμένες συνθήκες απαιτούν διαφορετικά.
5. Συμπεριφορά βελτίωσης κόκκων του Al-3Ti-0.15C
5.1 Όταν προστίθεται ο εξευγενιστής κόκκων στους 720 °C, οι κόκκοι αποτελούνται κυρίως από ισοαξονικές δομές με ορισμένες υποδομές και είναι οι λεπτότεροι σε μέγεθος.
5.2 Εάν το τήγμα διατηρηθεί για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα μετά την προσθήκη του εξευγενιστή (π.χ., πέραν των 10 λεπτών), κυριαρχεί η χονδροειδής δενδριτική ανάπτυξη, με αποτέλεσμα πιο χονδρούς κόκκους.
5.3 Όταν η ποσότητα προσθήκης του ραφιναρίσματος κόκκων είναι 0,010% έως 0,015%, επιτυγχάνονται λεπτοί ισοαξονικοί κόκκοι.
5.4 Με βάση τη βιομηχανική διαδικασία του κράματος 7050, οι βέλτιστες συνθήκες βελτίωσης των κόκκων είναι: θερμοκρασία προσθήκης περίπου 720 °C, χρόνος από την προσθήκη έως την τελική στερεοποίηση ελεγχόμενος εντός 20 λεπτών και ποσότητα ραφιναρίσματος περίπου 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Παρά τις διακυμάνσεις στο μέγεθος του πλινθώματος, ο συνολικός χρόνος από την προσθήκη του ραφιναρίσματος κόκκων μετά την έξοδο του τήγματος, μέσω του συστήματος σε σειρά, της λεκάνης και του καλουπιού, έως την τελική στερεοποίηση είναι συνήθως 15-20 λεπτά.
5.6 Σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, η αύξηση της ποσότητας του ραφιναρίσματος κόκκων πέραν της περιεκτικότητας σε Ti του 0,01% δεν βελτιώνει σημαντικά την ραφινάρισμα των κόκκων. Αντίθετα, η υπερβολική προσθήκη οδηγεί σε εμπλουτισμό με Ti και C, αυξάνοντας την πιθανότητα εμφάνισης ελαττωμάτων υλικού.
5.7 Οι δοκιμές σε διαφορετικά σημεία — είσοδος απαερίωσης, έξοδος απαερίωσης και χοάνη χύτευσης — δείχνουν ελάχιστες διαφορές στο μέγεθος των κόκκων. Ωστόσο, η προσθήκη του ραφιναρίσματος απευθείας στην χοάνη χύτευσης χωρίς διήθηση αυξάνει τον κίνδυνο ελαττωμάτων κατά τον υπερηχητικό έλεγχο των επεξεργασμένων υλικών.
5.8 Για να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη βελτίωση των κόκκων και να αποφευχθεί η συσσώρευση του ραφιναρίσματος, το ραφιναρισμένο σιτηρό θα πρέπει να προστεθεί στην είσοδο του συστήματος απαέρωσης.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Ιουλίου 2025
