1. Pragude teket soodustavad makroskoopilised tegurid
1.1 Poolpideva valamise ajal pihustatakse jahutusvett otse valuploki pinnale, mis tekitab valuploki sees järsu temperatuurigradiendi. See põhjustab eri piirkondade ebaühtlast kokkutõmbumist, põhjustades vastastikust piirangut ja tekitades termilisi pingeid. Teatud pingeväljade korral võivad need pinged põhjustada valuploki pragunemist.
1.2 Tööstuslikus tootmises tekib valuplokkide pragunemine sageli valamise algfaasis või tekib mikropragudena, mis hiljem jahtumise ajal levivad, potentsiaalselt kogu valuplokki. Lisaks pragunemisele võivad valamise algfaasis esineda ka muud defektid, nagu külmsulgemine, deformatsioon ja rippumine, mistõttu on see kogu valamise protsessi kriitiline etapp.
1.3 Otsese külmvalamise kuumpragunemise tundlikkust mõjutavad oluliselt keemiline koostis, põhisulami lisandid ja kasutatud terapeenrite kogus.
1.4 Sulamite kuumpragunemise tundlikkus tuleneb peamiselt sisemistest pingetest, mis põhjustavad tühimike ja pragude teket. Nende moodustumise ja jaotuse määravad legeerelemendid, sulami metallurgiline kvaliteet ja poolpideva valamise parameetrid. Täpsemalt öeldes on 7xxx seeria alumiiniumisulamite suured valuplokid eriti altid kuumpragunemisele mitme legeerelemendi, laia tahkumisvahemiku, kõrge valamispinge, sulami elementide oksüdatsioonilise segregatsiooni, suhteliselt halva metallurgilise kvaliteedi ja toatemperatuuril madala vormitavuse tõttu.
1.5 Uuringud on näidanud, et elektromagnetväljad ja legeerelemendid (sealhulgas teravilja peenestajad, peamised legeerelemendid ja mikroelemendid) mõjutavad oluliselt poolpidevalt valatud 7xxx seeria sulamite mikrostruktuuri ja kuumpragunemise vastuvõtlikkust.
1.6 Lisaks kipub 7050 alumiiniumsulami keeruka koostise ja kergesti oksüdeeruvate elementide olemasolu tõttu sula absorbeerima rohkem vesinikku. See koos oksiidide lisanditega viib gaasi ja lisandite koosesinemiseni, mille tulemuseks on sulas kõrge vesinikusisaldus. Vesinikusisaldusest on saanud töödeldud valuplokkide kontrollitulemusi, purunemiskäitumist ja väsimuskäitumist mõjutav võtmetegur. Seetõttu on vesiniku olemasolu mehhanismi põhjal sulas vaja kasutada adsorptsioonikeskkonda ja filtreerimis-rafineerimisseadmeid vesiniku ja muude lisandite eemaldamiseks sulamist, et saada kõrgelt puhastatud sulam.
2. Pragude tekkimise mikroskoopilised põhjused
2.1 Valuplokkide kuumpragunemist määravad peamiselt tahkumiskahanemise kiirus, söötmiskiirus ja pehme tsooni kriitiline suurus. Kui pehme tsooni suurus ületab kriitilise läve, tekib kuumpragunemine.
2.2 Üldiselt võib sulamite tahkestumisprotsessi jagada mitmeks etapiks: massilisamine, dendriitidevaheline lisamine, dendriitide eraldamine ja dendriitide sildamine.
2.3 Dendriitide eraldumise etapis muutuvad dendriitide harud tihedamaks ja vedeliku vool on pindpinevuse tõttu piiratud. Püreestunud tsooni läbilaskvus väheneb ning piisav tahkumiskahanemine ja termiline pinge võivad põhjustada mikropoorsust või isegi kuumpragusid.
2.4 Dendriitide sildumise etapis jääb kolmikühendustesse vaid väike kogus vedelikku. Selles etapis on pooltahke materjalil märkimisväärne tugevus ja plastsus ning tahke faasi roome on ainus mehhanism, mis kompenseerib tahkumiskahanemist ja termilist pinget. Need kaks etappi on kõige tõenäolisemad kokkutõmbumispragude või kuumade pragude tekkemise tekkeks.
3. Kvaliteetsete plaadivaluplokkide valmistamine pragude tekkimise mehhanismide põhjal
3.1 Suuremõõtmelistel valuplokkidel esinevad sageli pinnapraod, sisemine poorsus ja suletised, mis mõjutavad oluliselt mehaanilist käitumist sulami tahkumise ajal.
3.2 Sulami mehaanilised omadused tahkumise ajal sõltuvad suuresti sisemistest struktuurilistest omadustest, sealhulgas terasuurusest, vesinikusisaldusest ja kaasamise tasemest.
3.3 Dendriitstruktuuriga alumiiniumisulamite puhul mõjutab sekundaarsete dendriitide harude vahekaugus (SDAS) oluliselt nii mehaanilisi omadusi kui ka tahkumisprotsessi. Peenem SDAS viib varasema poorsuse tekkeni ja suurema poorsuse fraktsioonini, vähendades kuumpragunemise kriitilist pinget.
3.4 Defektid, nagu näiteks dendriitidevahelised kokkutõmbumisõõnsused ja sulgumised, nõrgendavad oluliselt tahke skeleti sitkust ja vähendavad oluliselt kuumpragunemiseks vajalikku kriitilist pinget.
3.5 Terade morfoloogia on veel üks kriitiline mikrostruktuuriline tegur, mis mõjutab kuumpragunemise käitumist. Kui terad muutuvad sammasdendriitidest kerajasteks võrdtelgedeks teradeks, on sulamil madalam jäikuse temperatuur ja parem dendriitidevaheline vedeliku läbilaskvus, mis pärsib pooride kasvu. Lisaks suudavad peenemad terad taluda suuremat deformatsiooni ja deformatsioonikiirust ning pakkuda keerukamaid prao levikuteid, vähendades seeläbi üldist kuumpragunemise kalduvust.
3.6 Praktilises tootmises võib sulamise käitlemise ja valamistehnikate optimeerimine – näiteks kaasamise ja vesinikusisalduse ning terastruktuuri range kontrollimine – parandada valuplokkide sisemist vastupidavust kuumpragunemisele. Koos optimeeritud tööriistade disaini ja töötlemismeetoditega võivad need meetmed viia suure saagikusega, suuremahuliste ja kvaliteetsete valuplokkide tootmiseni.
4. Valamisploki tera rafineerimine
7050 alumiiniumisulamist kasutatakse peamiselt kahte tüüpi teraviljapuhastajaid: Al-5Ti-1B ja Al-3Ti-0.15C. Nende puhastite otserakenduste võrdlevad uuringud näitavad:
4.1 Al-5Ti-1B-ga rafineeritud valuplokkidel on oluliselt väiksemad terasuurused ja ühtlasem üleminek valuploki servast keskpunkti. Jämedateraline kiht on õhem ja üldine terade rafineerimisefekt on kogu valuploki ulatuses tugevam.
4.2 Kui kasutatakse eelnevalt Al-3Ti-0,15C-ga rafineeritud toorainet, väheneb Al-5Ti-1B terapeenuse efekt. Lisaks ei suurenda Al-Ti-B lisamise suurendamine teatud piirist alates proportsionaalselt terapeenust. Seetõttu ei tohiks Al-Ti-B lisamist piirata rohkem kui 2 kg/t-ni.
4.3 Al-3Ti-0,15C-ga rafineeritud valuplokid koosnevad peamiselt peentest, kerakujulistest, võrdse teljega teradest. Terasuurus on kogu plaadi laiuses suhteliselt ühtlane. 3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C lisamine on toote kvaliteedi stabiliseerimiseks efektiivne.
4.4 Märkimisväärne on see, et kui 7050 sulamis kasutatakse Al-5Ti-1B-d, kipuvad TiB₂ osakesed kiire jahutamise tingimustes eralduma valuploki pinnal oleva oksiidikilele, moodustades klastreid, mis viivad räbu tekkeni. Valuploki tahkumise ajal kahanevad need klastrid sissepoole, moodustades soonetaolisi voldeid, muutes sulami pindpinevust. See suurendab sulami viskoossust ja vähendab voolavust, mis omakorda soodustab pragude teket vormi põhjas ja valuploki laiade ja kitsaste pindade nurkades. See suurendab oluliselt pragunemise kalduvust ja mõjutab negatiivselt valuploki saagist.
4.5 Arvestades 7050 sulami vormimiskäitumist, sarnaste kodumaiste ja rahvusvaheliste valuplokkide terastruktuuri ning lõpptoodete kvaliteeti, on 7050 sulami valamiseks eelistatud Al-3Ti-0.15C kui otsene teraviljapuhastusseade – välja arvatud juhul, kui eritingimused nõuavad teisiti.
5. Al-3Ti-0,15C terade peenenemise käitumine
5.1 Kui teravilja peenendaja lisatakse temperatuuril 720 °C, koosnevad terad peamiselt võrdteljelistest struktuuridest koos mõnede alamstruktuuridega ja on kõige peenemad.
5.2 Kui sulamist hoitakse pärast rafineerija lisamist liiga kaua (nt üle 10 minuti), domineerib jämedateraline kasv, mille tulemuseks on jämedamad terad.
5.3 Kui teravilja rafineerija lisamise kogus on 0,010–0,015%, saavutatakse peened võrdse suurusega terad.
5.4 7050 sulami tööstusliku protsessi põhjal on optimaalsed terade peenestamise tingimused järgmised: lisamistemperatuur umbes 720 °C, aeg lisamisest kuni lõpliku tahkumiseni 20 minuti piires ja peenendaja kogus umbes 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Vaatamata valuplokkide suuruste erinevustele on sulami väljumise järgselt teraviljapehmendaja lisamisest kuni lõpliku tahkumiseni tavaliselt 15–20 minutit.
5.6 Tööstuskeskkonnas ei paranda terapeenri koguse suurendamine üle 0,01% titaanisisalduse oluliselt terapeenri sisaldust. Selle asemel viib liigne lisamine titaani ja süsiniku rikastumiseni, mis suurendab materjalidefektide tekkimise tõenäosust.
5.7 Erinevates punktides – degaseerimise sisselaskeava, degaseerimise väljundava ja valuvanni – tehtud katsed näitavad terasuurustes minimaalseid erinevusi. Jahvatusseadme lisamine otse valuvanni ilma filtreerimiseta suurendab aga töödeldud materjalide ultrahelikontrolli käigus defektide ohtu.
5.8 Teravilja ühtlase peenestamise tagamiseks ja peenendaja kogunemise vältimiseks tuleks teravilja peenendaja lisada degaseerimissüsteemi sisselaskeavasse.
Postituse aeg: 16. juuli 2025
