1. Makroskopiske faktorer som bidrar til sprekkdannelse
1.1 Under semikontinuerlig støping sprøytes kjølevann direkte på barrens overflate, noe som skaper en bratt temperaturgradient i barren. Dette resulterer i ujevn sammentrekning mellom forskjellige områder, noe som forårsaker gjensidig sammentrekning og genererer termiske spenninger. Under visse spenningsfelt kan disse spenningene føre til sprekkdannelser i barren.
1.2 I industriell produksjon oppstår ofte sprekkdannelser i barren i den første støpefasen, eller de oppstår som mikrosprekker som senere forplanter seg under avkjøling, og potensielt sprer seg gjennom hele barren. I tillegg til sprekkdannelser kan andre defekter som kaldlukking, vridning og opphenging også oppstå i den første støpefasen, noe som gjør det til en kritisk fase i hele støpeprosessen.
1.3 Følsomheten til direkte kjølstøping for varmsprekking påvirkes betydelig av kjemisk sammensetning, tilsetninger av forlegeringer og mengden kornraffinører som brukes.
1.4 Varmsprekkfølsomheten til legeringer skyldes hovedsakelig indre spenninger som induserer dannelse av hulrom og sprekker. Dannelsen og fordelingen av disse bestemmes av legeringselementer, smeltemetallurgisk kvalitet og semikontinuerlige støpeparametere. Spesielt store barrer av aluminiumlegeringer i 7xxx-serien er spesielt utsatt for varmsprekk på grunn av flere legeringselementer, brede størkningsområder, høye støpespenninger, oksidasjonssegregering av legeringselementer, relativt dårlig metallurgisk kvalitet og lav formbarhet ved romtemperatur.
1.5 Studier har vist at elektromagnetiske felt og legeringselementer (inkludert kornraffinører, viktige legeringselementer og sporstoffer) påvirker mikrostrukturen og mottakeligheten for varmsprekk i semikontinuerlig støpte legeringer i 7xxx-serien betydelig.
1.6 I tillegg, på grunn av den komplekse sammensetningen av 7050 aluminiumslegering og tilstedeværelsen av lett oksiderbare elementer, har smelten en tendens til å absorbere mer hydrogen. Dette, kombinert med oksidinneslutninger, fører til sameksistens av gass og inneslutninger, noe som resulterer i et høyt hydrogeninnhold i smelten. Hydrogeninnhold har blitt en nøkkelfaktor som påvirker inspeksjonsresultater, bruddatferd og utmattingsytelse til bearbeidede barrematerialer. Derfor, basert på mekanismen for hydrogentilstedeværelse i smelten, er det nødvendig å bruke adsorpsjonsmedier og filtrerings-raffineringsutstyr for å fjerne hydrogen og andre inneslutninger fra smelten for å oppnå en høyt renset legeringssmelte.
2. Mikroskopiske årsaker til sprekkdannelse
2.1 Varmsprekking i barren bestemmes primært av størkningshastigheten for krymping, matingshastighet og den kritiske størrelsen på den grøtete sonen. Hvis størrelsen på den grøtete sonen overstiger en kritisk terskel, vil det oppstå varmsprekking.
2.2 Generelt kan størkningsprosessen av legeringer deles inn i flere stadier: bulkmating, interdendrittisk mating, dendrittseparasjon og dendrittbrobygging.
2.3 Under dendrittseparasjonsstadiet pakkes dendrittarmene tettere sammen, og væskestrømmen begrenses av overflatespenning. Permeabiliteten til den grøtete sonen reduseres, og tilstrekkelig størkningskrymping og termisk stress kan føre til mikroporøsitet eller til og med varme sprekker.
2.4 I dendrittbrodannelsesstadiet er det bare en liten mengde væske igjen ved trippelforbindelsene. På dette tidspunktet har det halvfaste materialet betydelig styrke og plastisitet, og faststoffkryp er den eneste mekanismen som kompenserer for størkningskrymping og termisk stress. Disse to stadiene er de som mest sannsynlig vil danne krympehulrom eller varme sprekker.
3. Utarbeidelse av høykvalitets plateingots basert på sprekkdannelsesmekanismer
3.1 Store blokker viser ofte overflatesprekker, indre porøsitet og inneslutninger, noe som påvirker den mekaniske oppførselen under legeringens størkning i alvorlig grad.
3.2 Legeringens mekaniske egenskaper under størkning avhenger i stor grad av interne strukturelle egenskaper, inkludert kornstørrelse, hydrogeninnhold og inneslutningsnivåer.
3.3 For aluminiumlegeringer med dendrittiske strukturer påvirker den sekundære dendrittarmavstanden (SDAS) både mekaniske egenskaper og størkningsprosessen betydelig. Finere SDAS fører til tidligere porøsitetsdannelse og høyere porøsitetsfraksjoner, noe som reduserer den kritiske spenningen for varmsprekking.
3.4 Defekter som interdendrittiske krympehull og inneslutninger svekker seigheten til det faste skjelettet betydelig og reduserer den kritiske spenningen som kreves for varmsprekking betydelig.
3.5 Kornmorfologi er en annen kritisk mikrostrukturell faktor som påvirker varmsprekkdannelse. Når korn går fra søyleformede dendritter til globulære, likeaksede korn, viser legeringen en lavere stivhetstemperatur og forbedret interdendrittisk væskepermeabilitet, noe som undertrykker porevekst. I tillegg kan finere korn håndtere større tøyning og tøyningshastigheter og presentere mer komplekse sprekkforplantningsbaner, og dermed redusere den generelle tendensen til varmsprekkdannelse.
3.6 I praktisk produksjon kan optimalisering av smeltehåndtering og støpeteknikker – som streng kontroll av inneslutning og hydrogeninnhold, samt kornstruktur – forbedre den indre motstanden til plateingoter mot varmsprekk. Kombinert med optimaliserte verktøydesign og prosesseringsmetoder kan disse tiltakene føre til produksjon av plateingoter av høy kvalitet med høyt utbytte i stor skala.
4. Kornforedling av ingot
7050 aluminiumslegering bruker primært to typer kornraffinører: Al-5Ti-1B og Al-3Ti-0.15C. Sammenlignende studier av in-line-applikasjonen til disse raffinørene viser:
4.1 Barrer raffinert med Al-5Ti-1B viser betydelig mindre kornstørrelser og en mer jevn overgang fra barrens kant til midten. Det grovkornede laget er tynnere, og den generelle kornforfiningseffekten er sterkere over hele barren.
4.2 Når råmaterialer som tidligere er raffinert med Al-3Ti-0,15C brukes, reduseres kornforfiningseffekten av Al-5Ti-1B. Dessuten vil økning av Al-Ti-B-tilsetningen utover et visst punkt ikke proporsjonalt forbedre kornforfiningen. Derfor bør Al-Ti-B-tilsetninger begrenses til ikke mer enn 2 kg/t.
4.3 Barrer raffinert med Al-3Ti-0.15C består hovedsakelig av fine, kuleformede, likeaksede korn. Kornstørrelsen er relativt jevn over hele bredden av plata. En tilsetning av 3–4 kg/t Al-3Ti-0.15C er effektivt for å stabilisere produktkvaliteten.
4.4 Det er verdt å merke seg at når Al-5Ti-1B brukes i 7050-legering, har TiB₂-partikler en tendens til å segregere mot oksidfilmen på barrens overflate under raske avkjølingsforhold, og danne klynger som fører til slaggdannelse. Under størkningen av barren krymper disse klyngene innover og danner sporlignende folder, noe som endrer overflatespenningen til smelten. Dette øker smelteviskositeten og reduserer fluiditeten, noe som igjen fremmer sprekkdannelse ved bunnen av formen og hjørnene på de brede og smale flatene til barren. Dette øker sprekkdannelsestendensen betydelig og påvirker barrens utbytte negativt.
4.5 Med tanke på formingsegenskapene til 7050-legeringen, kornstrukturen til lignende innenlandske og internasjonale barrer, og kvaliteten på de endelige bearbeidede produktene, foretrekkes Al-3Ti-0.15C som inline-kornraffinør for støping av 7050-legering – med mindre spesifikke forhold krever noe annet.
5. Kornforedlingsatferd for Al-3Ti-0,15C
5.1 Når kornforfineren tilsettes ved 720 °C, består kornene hovedsakelig av likeaksede strukturer med noen understrukturer og er de fineste i størrelse.
5.2 Hvis smelten holdes for lenge etter at raffinøren er tilsatt (f.eks. utover 10 minutter), dominerer grov dendrittisk vekst, noe som resulterer i grovere korn.
5.3 Når den tilsatte mengden kornraffinør er 0,010 % til 0,015 %, oppnås fine, likeaksede korn.
5.4 Basert på den industrielle prosessen med 7050-legering, er de optimale betingelsene for kornforedling: tilsetningstemperatur rundt 720 °C, tid fra tilsetning til endelig størkning kontrollert innen 20 minutter, og raffineringsmengde på omtrent 0,01–0,015 % (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Til tross for variasjoner i barrestørrelse, er den totale tiden fra tilsetning av kornraffinøren etter at smelten har kommet ut, gjennom in-line-systemet, rennen og formen, til endelig størkning vanligvis 15–20 minutter.
5.6 I industrielle sammenhenger forbedrer ikke økning av mengden kornforfiner utover et Ti-innhold på 0,01 % kornforfiningen betydelig. I stedet fører overdreven tilsetning til Ti- og C-anriking, noe som øker sannsynligheten for materialfeil.
5.7 Tester på forskjellige punkter – avgassinnløp, avgassutløp og støperenn – viser minimale forskjeller i kornstørrelse. Tilsetning av raffinøren direkte ved støperennen uten filtrering øker imidlertid risikoen for defekter under ultralydinspeksjon av bearbeidede materialer.
5.8 For å sikre jevn kornforfining og forhindre opphopning av raffinør, bør kornraffinøren tilsettes ved innløpet til avgassingssystemet.
Publisert: 16. juli 2025
