1. Makroskopiskie faktori, kas veicina plaisu veidošanos
1.1 Daļēji nepārtrauktas liešanas laikā dzesēšanas ūdens tiek tieši izsmidzināts uz lietņa virsmas, radot stāvu temperatūras gradientu lietņa iekšpusē. Tas izraisa nevienmērīgu saraušanos starp dažādiem reģioniem, radot savstarpēju ierobežojumu un termiskos spriegumus. Noteiktos sprieguma laukos šie spriegumi var izraisīt lietņa plaisāšanu.
1.2 Rūpnieciskajā ražošanā lietņu plaisāšana bieži notiek sākotnējā liešanas posmā vai rodas kā mikroplaisas, kas vēlāk izplatās dzesēšanas laikā, potenciāli izplatoties pa visu lietni. Papildus plaisāšanai sākotnējā liešanas posmā var rasties arī citi defekti, piemēram, aukstuma aizvēršanās, deformācija un iekāršanās, padarot to par kritisku posmu visā liešanas procesā.
1.3 Tiešās atdzesēšanas liešanas uzņēmību pret karstajām plaisām būtiski ietekmē ķīmiskais sastāvs, galvenās sakausējuma piedevas un izmantoto graudu rafinētāju daudzums.
1.4 Sakausējumu jutība pret karstajām plaisām galvenokārt ir saistīta ar iekšējiem spriegumiem, kas izraisa tukšumu un plaisu veidošanos. To veidošanos un sadalījumu nosaka leģējošie elementi, kausējuma metalurģiskā kvalitāte un daļēji nepārtrauktas liešanas parametri. Konkrēti, lielizmēra 7xxx sērijas alumīnija sakausējumu lietņi ir īpaši pakļauti karstajām plaisām vairāku leģējošo elementu, plaša sacietēšanas diapazona, augsta liešanas sprieguma, leģējošo elementu oksidācijas segregācijas, relatīvi sliktas metalurģiskās kvalitātes un zemas formējamības istabas temperatūrā dēļ.
1.5 Pētījumi ir parādījuši, ka elektromagnētiskie lauki un leģējošie elementi (tostarp graudu smalcinātāji, galvenie leģējošie elementi un mikroelementi) būtiski ietekmē daļēji nepārtraukti lieto 7xxx sērijas sakausējumu mikrostruktūru un karstās plaisāšanas uzņēmību.
1.6 Turklāt, ņemot vērā 7050 alumīnija sakausējuma sarežģīto sastāvu un viegli oksidējamo elementu klātbūtni, kausējums mēdz absorbēt vairāk ūdeņraža. Tas apvienojumā ar oksīdu ieslēgumiem noved pie gāzes un ieslēgumu līdzāspastāvēšanas, kā rezultātā kausējumā ir augsts ūdeņraža saturs. Ūdeņraža saturs ir kļuvis par galveno faktoru, kas ietekmē apstrādāto lietņu materiālu pārbaudes rezultātus, lūzuma uzvedību un noguruma veiktspēju. Tāpēc, pamatojoties uz ūdeņraža klātbūtnes mehānismu kausējumā, ir jāizmanto adsorbcijas līdzekļi un filtrācijas-rafinēšanas iekārtas, lai no kausējuma atdalītu ūdeņradi un citus ieslēgumus, lai iegūtu ļoti attīrītu sakausējuma kausējumu.
2. Plaisu veidošanās mikroskopiskie cēloņi
2.1 Liešanas karsto plaisāšanu galvenokārt nosaka sacietēšanas saraušanās ātrums, padeves ātrums un mīkstās zonas kritiskais izmērs. Ja mīkstās zonas izmērs pārsniedz kritisko slieksni, notiks karstā plaisāšana.
2.2 Parasti sakausējumu sacietēšanas procesu var iedalīt vairākos posmos: masas padeve, starpdendritiskā padeve, dendrītu atdalīšana un dendrītu tiltiņu veidošana.
2.3 Dendrītu atdalīšanas posmā dendrītu atzari kļūst blīvāk saspiesti, un šķidruma plūsmu ierobežo virsmas spraigums. Mīkstās zonas caurlaidība samazinās, un pietiekama sacietēšanas saraušanās un termiskais spriegums var izraisīt mikroporainību vai pat karstas plaisas.
2.4 Dendrītu tiltiņu veidošanās stadijā trīskāršajās savienojumos paliek tikai neliels šķidruma daudzums. Šajā brīdī pusšķidrajam materiālam ir ievērojama izturība un plastiskums, un cietvielu šļūde ir vienīgais mehānisms, kas kompensē sacietēšanas saraušanos un termisko spriegumu. Šajos divos posmos visticamāk veidojas saraušanās tukšumi vai karstās plaisas.
3. Augstas kvalitātes plātņu lietņu sagatavošana, pamatojoties uz plaisu veidošanās mehānismiem
3.1 Liela izmēra plātņu lietņiem bieži ir virsmas plaisas, iekšējā porainība un ieslēgumi, kas nopietni ietekmē mehānisko uzvedību sakausējuma sacietēšanas laikā.
3.2 Sakausējuma mehāniskās īpašības sacietēšanas laikā lielā mērā ir atkarīgas no iekšējām struktūras īpašībām, tostarp graudu lieluma, ūdeņraža satura un ieslēgumu līmeņiem.
3.3 Alumīnija sakausējumiem ar dendrītiskām struktūrām sekundāro dendrītu atzaru atstatums (SDAS) būtiski ietekmē gan mehāniskās īpašības, gan sacietēšanas procesu. Smalkāks SDAS nodrošina agrāku porainības veidošanos un lielākas porainības frakcijas, samazinot kritisko spriegumu karstās plaisāšanas gadījumā.
3.4 Defekti, piemēram, starpdendritiskas saraušanās tukšumi un ieslēgumi, ievērojami vājina cietā skeleta izturību un ievērojami samazina kritisko spriegumu, kas nepieciešams karstajai plaisāšanai.
3.5 Graudu morfoloģija ir vēl viens kritisks mikrostrukturāls faktors, kas ietekmē karstās plaisāšanas uzvedību. Kad graudi pāriet no kolonnveida dendritiem uz lodveida, vienādakšu graudiem, sakausējumam ir zemāka stingrības temperatūra un uzlabota starpdendritiskā šķidruma caurlaidība, kas nomāc poru augšanu. Turklāt smalkāki graudi var izturēt lielāku deformāciju un deformācijas ātrumu un radīt sarežģītākus plaisu izplatīšanās ceļus, tādējādi samazinot kopējo karstās plaisāšanas tendenci.
3.6 Praktiskajā ražošanā kausējuma apstrādes un liešanas metožu optimizēšana, piemēram, stingra ieslēgumu un ūdeņraža satura, kā arī graudu struktūras kontrole, var uzlabot plātņu lietņu iekšējo izturību pret karstajām plaisām. Apvienojumā ar optimizētu instrumentu projektēšanu un apstrādes metodēm šie pasākumi var nodrošināt augstas ražas, liela mēroga un augstas kvalitātes plātņu lietņu ražošanu.
4. Lietņa graudu rafinēšana
7050 alumīnija sakausējuma ražošanā galvenokārt tiek izmantoti divu veidu graudu rafinētāji: Al-5Ti-1B un Al-3Ti-0.15C. Salīdzinošie pētījumi par šo rafinētāju izmantošanu ražošanas līnijā liecina:
4.1 Ar Al-5Ti-1B rafinētiem lietņiem ir ievērojami mazāki graudu izmēri un vienmērīgāka pāreja no lietņa malas uz centru. Rupjgraudainais slānis ir plānāks, un kopējais graudu rafinēšanas efekts ir spēcīgāks visā lietnī.
4.2 Ja tiek izmantotas izejvielas, kas iepriekš rafinētas ar Al-3Ti-0,15C, Al-5Ti-1B graudu rafinēšanas efekts samazinās. Turklāt Al-Ti-B pievienošanas palielināšana virs noteikta punkta proporcionāli nepalielina graudu rafinēšanu. Tāpēc Al-Ti-B pievienošana jāierobežo līdz ne vairāk kā 2 kg/t.
4.3 Ar Al-3Ti-0,15C rafinēti lietņi galvenokārt sastāv no smalkiem, lodveida, vienāda lieluma graudiem. Graudu izmērs ir relatīvi vienāds visā plātnes platumā. 3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C pievienošana efektīvi stabilizē produkta kvalitāti.
4.4 Jāatzīmē, ka, ja 7050 sakausējumā tiek izmantots Al-5Ti-1B, TiB₂ daļiņas straujas dzesēšanas apstākļos mēdz atdalīties uz oksīda plēves uz lietņa virsmas, veidojot kopas, kas noved pie izdedžu veidošanās. Lietņa sacietēšanas laikā šīs kopas saraujas uz iekšu, veidojot rievveida krokas, mainot kausējuma virsmas spraigumu. Tas palielina kausējuma viskozitāti un samazina plūstamību, kas savukārt veicina plaisu veidošanos veidnes pamatnē un lietņa plato un šauro virsmu stūros. Tas ievērojami palielina plaisāšanas tendenci un negatīvi ietekmē lietņa ražu.
4.5 Ņemot vērā 7050 sakausējuma formēšanas uzvedību, līdzīgu vietējo un starptautisko lietņu graudu struktūru un gala apstrādāto produktu kvalitāti, Al-3Ti-0.15C ir vēlams kā tiešās ražošanas graudu rafinētājs 7050 sakausējuma liešanai, ja vien īpaši apstākļi neprasa citādi.
5. Al-3Ti-0,15C graudu rafinēšanas uzvedība
5.1 Kad graudu rafinētājs tiek pievienots 720 °C temperatūrā, graudi galvenokārt sastāv no vienāda lieluma struktūrām ar dažām apakšstruktūrām un ir vissmalkākie.
5.2 Ja kausējums pēc rafinētāja pievienošanas tiek turēts pārāk ilgi (piemēram, ilgāk par 10 minūtēm), dominē rupja dendrītiska augšana, kā rezultātā veidojas rupjāki graudi.
5.3. Ja graudu rafinētāja pievienošanas daudzums ir no 0,010% līdz 0,015%, tiek iegūti smalki, vienāda lieluma graudi.
5.4 Pamatojoties uz 7050 sakausējuma rūpniecisko procesu, optimālie graudu rafinēšanas apstākļi ir: pievienošanas temperatūra aptuveni 720 °C, laiks no pievienošanas līdz galīgai sacietēšanai 20 minūšu robežās un rafinētāja daudzums aptuveni 0,01–0,015 % (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Neskatoties uz lietņu izmēru atšķirībām, kopējais laiks no graudu rafinētāja pievienošanas pēc kausējuma izvades, izmantojot iekšējo sistēmu, sili un veidni, līdz galīgai sacietēšanai parasti ir 15–20 minūtes.
5.6 Rūpnieciskos apstākļos graudu rafinētāja daudzuma palielināšana virs 0,01 % Ti satura būtiski neuzlabo graudu rafinējumu. Tā vietā pārmērīga pievienošana noved pie Ti un C bagātināšanās, palielinot materiāla defektu iespējamību.
5.7 Pārbaudes dažādos punktos — degazēšanas ieplūdes atverē, degazēšanas izplūdē un liešanas silē — uzrāda minimālas graudu lieluma atšķirības. Tomēr rafinētāja pievienošana tieši liešanas silē bez filtrācijas palielina defektu risku apstrādāto materiālu ultraskaņas pārbaudes laikā.
5.8 Lai nodrošinātu vienmērīgu graudu smalcināšanu un novērstu smalcinātāja uzkrāšanos, graudu smalcinātājs jāpievieno degazācijas sistēmas ieplūdes atverē.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 16. jūlijs
