1. Makroskopiniai veiksniai, prisidedantys prie įtrūkimų susidarymo
1.1 Liejant pusiau ištisinį procesą, aušinimo vanduo tiesiogiai purškiamas ant luito paviršiaus, todėl luito viduje susidaro staigus temperatūros gradientas. Dėl to skirtingos sritys susitraukia netolygiai, o tai sukelia abipusį suvaržymą ir terminius įtempius. Esant tam tikriems įtempių laukams, šie įtempiai gali sukelti luito įtrūkimus.
1.2 Pramoninėje gamyboje luitų įtrūkimai dažnai atsiranda pradiniame liejimo etape arba atsiranda kaip mikroįtrūkimai, kurie vėliau plinta aušinimo metu ir gali išplisti po visą luitą. Be įtrūkimų, pradiniame liejimo etape gali atsirasti ir kitų defektų, tokių kaip šaltasis užsidarymas, deformacija ir kabėjimas, todėl tai yra kritinis viso liejimo proceso etapas.
1.3 Tiesioginio atšaldymo metodu metodu jautrumą karštiesiems įtrūkimams labai įtakoja cheminė sudėtis, pagrindinio lydinio priedai ir naudojamų grūdelių smalintuvų kiekis.
1.4 Lydinių jautrumas karštajam įtrūkimui daugiausia priklauso nuo vidinių įtempių, kurios sukelia tuštumų ir įtrūkimų susidarymą. Jų susidarymą ir pasiskirstymą lemia legiruojantys elementai, lydalo metalurginė kokybė ir pusiau ištisinio liejimo parametrai. Tiksliau sakant, dideli 7xxx serijos aliuminio lydinių luitai yra ypač linkę į karštąjį įtrūkimą dėl daugybės legiruojančių elementų, plataus kietėjimo diapazono, didelių liejimo įtempių, lydinio elementų oksidacinės segregacijos, santykinai prastos metalurginės kokybės ir mažo formuojamumo kambario temperatūroje.
1.5 Tyrimai parodė, kad elektromagnetiniai laukai ir legiruojantys elementai (įskaitant grūdelių smulkintuvus, pagrindinius legiruojančius elementus ir mikroelementus) daro didelę įtaką pusiau tolydžiai liejamų 7xxx serijos lydinių mikrostruktūrai ir jautrumui karštiesiems įtrūkimams.
1.6 Be to, dėl sudėtingos 7050 aliuminio lydinio sudėties ir lengvai oksiduojamų elementų buvimo lydalas linkęs sugerti daugiau vandenilio. Tai, kartu su oksidų intarpais, lemia dujų ir intarpų sambūvį, todėl lydale yra didelis vandenilio kiekis. Vandenilio kiekis tapo pagrindiniu veiksniu, turinčiu įtakos apdorotų luitų medžiagų patikrinimo rezultatams, lūžio elgsenai ir nuovargio savybėms. Todėl, remiantis vandenilio buvimo lydale mechanizmu, būtina naudoti adsorbcijos terpę ir filtravimo-rafinavimo įrangą, kad būtų pašalintas vandenilis ir kiti intarpai iš lydalo, siekiant gauti labai išgrynintą lydinio lydalą.
2. Mikroskopinės įtrūkimų susidarymo priežastys
2.1 Luitų karštąjį įtrūkimą pirmiausia lemia kietėjimo susitraukimo greitis, padavimo greitis ir košės zonos kritinis dydis. Jei košės zonos dydis viršija kritinę ribą, atsiras karštasis įtrūkimas.
2.2 Paprastai lydinių kietėjimo procesą galima suskirstyti į kelis etapus: tūrinį tiekimą, tarpdendritinį tiekimą, dendritų atskyrimą ir dendritų sujungimą.
2.3 Dendritų atskyrimo etape dendritų atšakos tampa glaudžiau suspaustos, o paviršiaus įtempimas riboja skysčio tekėjimą. Sumažėja košės zonos pralaidumas, o pakankamas susitraukimas stingstant ir terminis įtempis gali sukelti mikroporingumą ar net karštus įtrūkimus.
2.4 Dendritų jungimosi etape trigubose jungtyse lieka tik nedidelis kiekis skysčio. Šiuo metu pusiau kieta medžiaga pasižymi dideliu stiprumu ir plastiškumu, o kietosios fazės šliaužimas yra vienintelis mechanizmas, kompensuojantis kietėjimo susitraukimą ir terminį įtempį. Šiuose dviejuose etapuose labiausiai tikėtina susidaryti susitraukimo tuštumoms arba karštiems įtrūkimams.
3. Aukštos kokybės plokščių luitų paruošimas remiantis įtrūkimų susidarymo mechanizmais
3.1 Didelių matmenų luitų paviršiuje dažnai atsiranda įtrūkimų, vidinio poringumo ir intarpų, kurie labai veikia mechanines savybes lydinio kietėjimo metu.
3.2 Lydinio mechaninės savybės kietėjimo metu labai priklauso nuo vidinių struktūrinių ypatybių, įskaitant grūdelių dydį, vandenilio kiekį ir intarpų lygius.
3.3 Aliuminio lydiniams su dendritinėmis struktūromis antrinių dendritų atšakų atstumas (SDAS) reikšmingai veikia tiek mechanines savybes, tiek kietėjimo procesą. Smulkesnis SDAS lemia ankstesnį poringumo susidarymą ir didesnę poringumo dalį, todėl sumažėja kritinis įtempis karštojo krekingo atveju.
3.4 Tokie defektai kaip tarpdendritinės susitraukimo tuštumos ir intarpai labai susilpnina kietojo skeleto tvirtumą ir žymiai sumažina kritinį įtempį, reikalingą karštajam įtrūkimui.
3.5 Grūdelių morfologija yra dar vienas svarbus mikrostruktūrinis veiksnys, turintis įtakos karštojo krekingo elgsenai. Kai grūdeliai pereina iš stulpelinių dendritų į sferinius lygiaašius grūdus, lydinys pasižymi žemesne standumo temperatūra ir pagerina tarpdendritinį skysčio pralaidumą, o tai slopina porų augimą. Be to, smulkesni grūdai gali atlaikyti didesnį deformacijos ir deformacijos greitį bei sudaryti sudėtingesnius įtrūkimo sklidimo kelius, taip sumažinant bendrą karštojo krekingo polinkį.
3.6 Praktinėje gamyboje lydalo apdorojimo ir liejimo metodų optimizavimas, pavyzdžiui, griežtas intarpų ir vandenilio kiekio, taip pat grūdelių struktūros kontrolė, gali pagerinti luitų vidinį atsparumą karštam įtrūkimui. Kartu su optimizuotu įrankių projektavimu ir apdorojimo metodais šios priemonės gali padėti pagaminti didelio našumo, didelio masto, aukštos kokybės luitus.
4. Luito grūdelių rafinavimas
7050 aliuminio lydiniui daugiausia naudojami dviejų tipų grūdelių rafinavimo įrenginiai: Al-5Ti-1B ir Al-3Ti-0.15C. Lyginamieji šių rafinavimo įrenginių taikymo linijoje tyrimai rodo:
4.1 Al-5Ti-1B rafinuoti luitai pasižymi žymiai mažesniais grūdeliais ir tolygesniu perėjimu nuo luito krašto iki centro. Stambiagrūdis sluoksnis yra plonesnis, o bendras grūdelių rafinavimo efektas visame luite yra stipresnis.
4.2 Kai naudojamos žaliavos, anksčiau rafinuotos Al-3Ti-0,15C, Al-5Ti-1B grūdelių smulkinimo poveikis sumažėja. Be to, padidinus Al-Ti-B kiekį virš tam tikro taško, grūdelių smulkinimas neproporcingai padidėja. Todėl Al-Ti-B kiekis turėtų būti apribotas iki ne daugiau kaip 2 kg/t.
4.3 Al-3Ti-0,15C rafinuoti luitai daugiausia sudaryti iš smulkių, rutuliškų, lygiaašių grūdelių. Grūdelių dydis yra gana vienodas per visą luito plotį. 3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C priedas veiksmingai stabilizuoja produkto kokybę.
4.4 Pažymėtina, kad kai 7050 lydinyje naudojamas Al-5Ti-1B, greito aušinimo sąlygomis TiB₂ dalelės linkusios atsiskirti link oksido plėvelės ant luito paviršiaus, sudarydamos sankaupas, kurios veda prie šlako susidarymo. Luitui kietėjant, šios sankaupos susitraukia į vidų ir sudaro griovelių pavidalo klostes, pakeisdamos lydalo paviršiaus įtempimą. Tai padidina lydalo klampumą ir sumažina takumą, o tai savo ruožtu skatina įtrūkimų susidarymą formos apačioje ir luito plačių bei siaurų paviršių kampuose. Tai žymiai padidina įtrūkimų polinkį ir neigiamai veikia luito išeigą.
4.5 Atsižvelgiant į 7050 lydinio formavimo savybes, panašių vietinių ir tarptautinių luitų grūdelių struktūrą ir galutinių perdirbtų produktų kokybę, liejant 7050 lydinį, kaip integruotas grūdelių smulkintuvas yra pageidautinas Al-3Ti-0.15C, nebent specifinės sąlygos reikalautų kitaip.
5. Al-3Ti-0,15C grūdelių smulkinimo elgsena
5.1 Kai 720 °C temperatūroje pridedama grūdų smulkintuvo, grūdai daugiausia sudaryti iš lygiaašių struktūrų su kai kuriomis substruktūromis ir yra smulkiausio dydžio.
5.2 Jei lydalas po rafinavimo priemonės pridėjimo laikomas per ilgai (pvz., ilgiau nei 10 minučių), vyrauja stambūs dendritai, todėl grūdai tampa stambesni.
5.3 Kai grūdų rafinavimo priedo kiekis yra nuo 0,010 % iki 0,015 %, gaunami smulkūs, lygiagretūs grūdai.
5.4 Remiantis 7050 lydinio pramoniniu procesu, optimalios grūdelių smulkinimo sąlygos yra šios: įpylimo temperatūra apie 720 °C, laikas nuo įpylimo iki galutinio sukietėjimo, kontroliuojamas per 20 minučių, ir smulkinimo kiekis maždaug 0,01–0,015 % (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Nepaisant luitų dydžių skirtumų, bendras laikas nuo grūdelių smalintuvo įdėjimo po lydalo išleidimo per vidinę sistemą, lovį ir formą iki galutinio sukietėjimo paprastai yra 15–20 minučių.
5.6 Pramonės sąlygomis grūdų rafinavimo priedo kiekio padidinimas virš 0,01 % Ti reikšmingai nepagerina grūdų rafinavimo. Vietoj to, per didelis jo kiekis padidina Ti ir C kiekį, todėl padidėja medžiagų defektų tikimybė.
5.7 Bandymai skirtinguose taškuose – dujų išleidimo angoje, dujų išleidimo angoje ir liejimo lovyje – rodo minimalius grūdelių dydžio skirtumus. Tačiau pridėjus rafinavimo įrenginį tiesiai prie liejimo lovio be filtravimo, padidėja defektų rizika atliekant apdorojamų medžiagų ultragarsinę patikrą.
5.8 Siekiant užtikrinti vienodą grūdų smulkinimą ir išvengti rafinavimo proceso metu susidarančių dalelių kaupimosi, grūdų rafinavimo procesas turėtų būti atliekamas prie degazavimo sistemos įleidimo angos.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 16 d.
