1. Fattori macroscopici chì cuntribuiscenu à a furmazione di crepe
1.1 Durante a fusione semi-continua, l'acqua di raffreddamentu hè spruzzata direttamente nantu à a superficia di u lingotto, creendu un gradiente di temperatura forte in u lingotto. Questu provoca una cuntrazione irregulare trà e diverse regioni, causendu una restrizione reciproca è generendu tensioni termiche. Sottu certi campi di tensione, queste tensioni ponu purtà à a frattura di u lingotto.
1.2 In a pruduzzione industriale, a frattura di i lingotti si verifica spessu in a fase iniziale di fusione o hà a so origine cum'è microfessure chì si propaganu dopu durante u raffreddamentu, sparghjendusi potenzialmente in tuttu u lingotto. Oltre à a frattura, altri difetti cum'è chiusure à fretu, deformazioni è impiccagioni ponu ancu verificassi durante a fase iniziale di fusione, ciò chì ne face una fase critica in tuttu u prucessu di fusione.
1.3 A suscettibilità di a fusione diretta in freddo à a frattura à caldu hè significativamente influenzata da a cumpusizione chimica, l'aghjunte di lega maestra è a quantità di raffinatori di grani utilizati.
1.4 A sensibilità à a frattura à caldu di e leghe hè principalmente dovuta à e tensioni interne chì inducenu a furmazione di vuoti è crepe. A so furmazione è distribuzione sò determinate da elementi di lega, qualità metallurgica di fusione è parametri di colata semi-continua. In particulare, i lingotti di grande dimensione di leghe d'aluminiu di a serie 7xxx sò particularmente propensi à a frattura à caldu per via di parechji elementi di lega, ampi intervalli di solidificazione, elevate tensioni di colata, segregazione per ossidazione di elementi di lega, qualità metallurgica relativamente scarsa è bassa furmabilità à temperatura ambiente.
1.5 Studi anu dimustratu chì i campi elettromagnetichi è l'elementi di lega (cumpresi i raffinatori di grani, l'elementi di lega principali è l'elementi traccia) influenzanu significativamente a microstruttura è a suscettibilità à a frattura à caldu di e leghe di a serie 7xxx colate semi-continuamente.
1.6 Inoltre, per via di a cumpusizione cumplessa di a lega d'aluminiu 7050 è di a presenza d'elementi facilmente ossidabili, a fusione tende à assorbe più idrogenu. Questu, cumminatu cù l'inclusioni d'ossidu, porta à a cuesistenza di gas è inclusioni, risultendu in un altu cuntenutu d'idrogenu in a fusione. U cuntenutu d'idrogenu hè diventatu un fattore chjave chì influenza i risultati di l'ispezione, u cumpurtamentu di frattura è e prestazioni di fatica di i materiali in lingotti trasfurmati. Dunque, basatu annantu à u mecanismu di presenza d'idrogenu in a fusione, hè necessariu aduprà mezi d'adsorbimentu è apparecchiature di filtrazione-raffinazione per rimuovere l'idrogenu è altre inclusioni da a fusione per ottene una fusione di lega altamente purificata.
2. Cause microscopiche di a furmazione di crepe
2.1 A frattura à caldu di i lingotti hè principalmente determinata da a velocità di ritirata di solidificazione, a velocità di alimentazione è a dimensione critica di a zona molle. Se a dimensione di a zona molle supera una soglia critica, si verificarà una frattura à caldu.
2.2 In generale, u prucessu di solidificazione di e leghe pò esse divisu in parechje tappe: alimentazione in massa, alimentazione interdendritica, separazione di dendriti è bridging di dendriti.
2.3 Durante a fase di separazione di e dendriti, i bracci dendritici diventanu più stretti è u flussu di liquidu hè limitatu da a tensione superficiale. A permeabilità di a zona molle hè ridutta, è una ritirata di solidificazione sufficiente è un stress termicu ponu purtà à microporosità o ancu crepe calde.
2.4 In a fase di ponte dendriticu, solu una piccula quantità di liquidu ferma à e triple giunzioni. À questu puntu, u materiale semi-solidu hà una resistenza è una plasticità cunsiderevuli, è u creep à statu solidu hè l'unicu mecanismu per cumpensà a ritirazione di solidificazione è u stress termicu. Queste duie fasi sò e più propensi à furmà vuoti di ritirazione o crepe calde.
3. Preparazione di lingotti di lastre di alta qualità basati nantu à i meccanismi di furmazione di crepe
3.1 I lingotti di lastre di grande dimensione presentanu spessu crepe superficiali, porosità interna è inclusioni, chì anu un impattu severu nantu à u cumpurtamentu meccanicu durante a solidificazione di a lega.
3.2 E proprietà meccaniche di a lega durante a solidificazione dipendenu in gran parte da e caratteristiche strutturali interne, cumprese a dimensione di i grani, u cuntenutu d'idrogenu è i livelli d'inclusione.
3.3 Per e leghe d'aluminiu cù strutture dendritiche, a spaziatura di i bracci dendritici secundarii (SDAS) influenza significativamente sia e proprietà meccaniche sia u prucessu di solidificazione. Un SDAS più fine porta à una furmazione di porosità più precoce è à frazioni di porosità più elevate, riducendu u stress criticu per a frattura à caldu.
3.4 I difetti cum'è i vuoti è l'inclusioni di ritiru interdendriticu indebuliscenu assai a tenacità di u scheletru solidu è riducenu significativamente a tensione critica necessaria per a frattura à caldu.
3.5 A morfologia di i grani hè un altru fattore microstrutturale criticu chì influenza u cumpurtamentu di frattura à caldu. Quandu i grani passanu da dendriti colonnari à grani equiassiali globulari, a lega presenta una temperatura di rigidità più bassa è una permeabilità di u liquidu interdendriticu migliorata, chì sopprime a crescita di i pori. Inoltre, i grani più fini ponu accoglie tassi di deformazione è di deformazione più elevati è presentanu percorsi di propagazione di e frattura più cumplessi, riducendu cusì a tendenza generale di frattura à caldu.
3.6 In a pruduzzione pratica, l'ottimisazione di e tecniche di manipulazione di a fusione è di colata - cum'è u cuntrollu strettu di l'inclusione è di u cuntenutu d'idrogenu, è ancu di a struttura di i grani - pò migliurà a resistenza interna di i lingotti di lastre à a frattura à caldu. Cumbinate cù a cuncepzione di l'utensili è i metudi di trasfurmazione ottimizzati, queste misure ponu purtà à a pruduzzione di lingotti di lastre à altu rendimentu, à grande scala è di alta qualità.
4. Raffinazione di u granu di u lingottinu
A lega d'aluminiu 7050 usa principalmente dui tipi di raffinatori di granu: Al-5Ti-1B è Al-3Ti-0.15C. Studi comparativi nantu à l'applicazione in linea di sti raffinatori mostranu:
4.1 I lingotti raffinati cù Al-5Ti-1B mostranu grani significativamente più chjuchi è una transizione più uniforme da u bordu di u lingotto à u centru. U stratu à grana grossa hè più finu, è l'effettu generale di raffinamentu di u granu hè più forte in tuttu u lingotto.
4.2 Quandu si utilizanu materie prime raffinate prima cù Al-3Ti-0.15C, l'effettu di raffinamentu di u granu di Al-5Ti-1B hè diminuitu. Inoltre, l'aumentu di l'aghjunta di Al-Ti-B oltre un certu puntu ùn migliora micca proporzionalmente a raffinamentu di u granu. Dunque, l'aghjunte di Al-Ti-B devenu esse limitate à micca più di 2 kg/t.
4.3 I lingotti raffinati cù Al-3Ti-0.15C sò custituiti principalmente da grani fini, globulari è equiassiali. A dimensione di i grani hè relativamente uniforme in tutta a larghezza di a lastra. Un'aggiunta di 3-4 kg/t di Al-3Ti-0.15C hè efficace per stabilizà a qualità di u pruduttu.
4.4 In particulare, quandu Al-5Ti-1B hè adupratu in a lega 7050, e particelle di TiB₂ tendenu à segregà si versu u filmu d'ossidu nantu à a superficia di u lingotto in cundizioni di raffreddamentu rapidu, furmendu gruppi chì portanu à a furmazione di scoria. Durante a solidificazione di u lingotto, questi gruppi si restringenu versu l'internu per furmà pieghe simili à scanalature, alterendu a tensione superficiale di a massa fusa. Questu aumenta a viscosità di a massa fusa è riduce a fluidità, chì à u so tornu prumove a furmazione di crepe à a basa di u stampo è in l'anguli di e facce larghe è strette di u lingotto. Questu aumenta significativamente a tendenza à a crepatura è hà un impattu negativu nantu à a resa di u lingotto.
4.5 Cunsiderendu u cumpurtamentu di furmazione di a lega 7050, a struttura di u granu di lingotti naziunali è internaziunali simili, è a qualità di i prudutti trasfurmati finali, Al-3Ti-0.15C hè preferitu cum'è u raffinatore di granu in linea per a fusione di a lega 7050, à menu chì e cundizioni specifiche ùn richiedanu altrimenti.
5. Cumportamentu di Raffinazione di Granu di Al-3Ti-0.15C
5.1 Quandu u raffinatore di grani hè aghjuntu à 720 °C, i grani sò custituiti principalmente da strutture equiassiali cù alcune sottostrutture è sò i più fini in termini di dimensione.
5.2 Sè a fusione hè mantenuta troppu longu dopu l'aghjuntu di u raffinatore (per esempiu, più di 10 minuti), a crescita dendritica grossolana domina, risultendu in grani più grossolani.
5.3 Quandu a quantità aghjunta di raffinatore di granu hè da 0,010% à 0,015%, si ottenenu grani fini equiassiali.
5.4 Basatu annantu à u prucessu industriale di a lega 7050, e cundizioni ottimali di raffinamentu di u granu sò: temperatura d'aghjunta intornu à 720 °C, tempu da l'aghjunta à a solidificazione finale cuntrullatu in 20 minuti, è quantità di raffinatore à circa 0,01-0,015% (3-4 kg/t di Al-3Ti-0,15C).
5.5 Malgradu e variazioni in a dimensione di i lingotti, u tempu tutale da l'aghjuntu di u raffinatore di grani dopu l'uscita di a fusione, attraversu u sistema in linea, a vasca è u stampo, finu à a solidificazione finale hè tipicamente di 15-20 minuti.
5.6 In ambienti industriali, l'aumentu di a quantità di raffinatore di granu oltre un cuntenutu di Ti di 0,01% ùn migliora micca significativamente l'affinamentu di u granu. Invece, l'aggiunta eccessiva porta à un arricchimentu di Ti è C, aumentendu a probabilità di difetti di materiale.
5.7 I testi in diversi punti - entrata di degas, uscita di degas è vasca di colata - mostranu differenze minime in a dimensione di i grani. Tuttavia, l'aghjunta di u raffinatore direttamente à a vasca di colata senza filtrazione aumenta u risicu di difetti durante l'ispezione ultrasonica di i materiali trasfurmati.
5.8 Per assicurà una raffinazione uniforme di u granu è impedisce l'accumulazione di raffinatori, u raffinatore di u granu deve esse aghjuntu à l'entrata di u sistema di degassificazione.
Data di publicazione: 16 di lugliu di u 2025
