1. Factores macroscópicos que contribúen á formación de gretas
1.1 Durante a fundición semicontinua, a auga de refrixeración pulverízase directamente sobre a superficie do lingote, creando un gradiente de temperatura pronunciado dentro del. Isto resulta nunha contracción desigual entre as diferentes rexións, causando unha restrición mutua e xerando tensións térmicas. Baixo certos campos de tensión, estas tensións poden provocar rachaduras nos lingotes.
1.2 Na produción industrial, as fisuras nos lingotes adoitan producirse na fase inicial de fundición ou orixínanse como microfisuras que posteriormente se propagan durante o arrefriamento, e que poden estenderse por todo o lingote. Ademais das fisuras, outros defectos como peches en frío, deformacións e colgamentos tamén poden producirse durante a fase inicial de fundición, o que a converte nunha fase crítica de todo o proceso de fundición.
1.3 A susceptibilidade da fundición en frío directa ao agrietamento en quente está significativamente influenciada pola composición química, as adicións da aliaxe principal e a cantidade de refinadores de grans utilizados.
1.4 A sensibilidade ás fisuras en quente das aliaxes débese principalmente ás tensións internas que inducen a formación de ocos e gretas. A súa formación e distribución están determinadas polos elementos de aliaxe, a calidade metalúrxica da fusión e os parámetros de fundición semicontinua. En concreto, os lingotes de gran tamaño das aliaxes de aluminio da serie 7xxx son particularmente propensos ás fisuras en quente debido aos múltiples elementos de aliaxe, aos amplos rangos de solidificación, ás elevadas tensións de fundición, á segregación por oxidación dos elementos de aliaxe, á calidade metalúrxica relativamente deficiente e á baixa conformabilidade á temperatura ambiente.
1.5 Os estudos demostraron que os campos electromagnéticos e os elementos de aliaxe (incluídos os refinadores de grans, os principais elementos de aliaxe e os oligoelementos) afectan significativamente a microestrutura e a susceptibilidade á fisura en quente das aliaxes da serie 7xxx de fundición semicontinua.
1.6 Ademais, debido á complexa composición da aliaxe de aluminio 7050 e á presenza de elementos facilmente oxidables, a masa fundida tende a absorber máis hidróxeno. Isto, combinado coas inclusións de óxido, leva á coexistencia de gas e inclusións, o que resulta nun alto contido de hidróxeno na masa fundida. O contido de hidróxeno converteuse nun factor clave que afecta os resultados da inspección, o comportamento de fractura e o rendemento á fatiga dos materiais en lingote procesados. Polo tanto, en función do mecanismo de presenza de hidróxeno na masa fundida, é necesario usar medios de adsorción e equipos de filtración-refinación para eliminar o hidróxeno e outras inclusións da masa fundida para obter unha masa fundida de aliaxe altamente purificada.
2. Causas microscópicas da formación de gretas
2.1 A fisuración en quente dos lingotes está determinada principalmente pola taxa de retracción por solidificación, a velocidade de alimentación e o tamaño crítico da zona branda. Se o tamaño da zona branda supera un limiar crítico, producirase fisuración en quente.
2.2 En xeral, o proceso de solidificación das aliaxes pódese dividir en varias etapas: alimentación a granel, alimentación interdendrítica, separación de dendritas e ponte de dendritas.
2.3 Durante a etapa de separación das dendritas, os brazos das dendritas agrúpanse máis e o fluxo de líquido vese restrinxido pola tensión superficial. A permeabilidade da zona branda redúcese e unha contracción por solidificación e unha tensión térmica suficientes poden provocar microporosidade ou mesmo gretas en quente.
2.4 Na etapa de ponte dendrítica, só queda unha pequena cantidade de líquido nas unións triplas. Neste punto, o material semisólido ten unha resistencia e plasticidade considerables, e a fluencia en estado sólido é o único mecanismo para compensar a retracción por solidificación e a tensión térmica. Estas dúas etapas son as que teñen máis probabilidades de formar ocos de retracción ou gretas quentes.
3. Preparación de lingotes de placa de alta calidade baseados en mecanismos de formación de gretas
3.1 Os lingotes de placas de gran tamaño adoitan presentar gretas superficiais, porosidade interna e inclusións, o que afecta gravemente o comportamento mecánico durante a solidificación da aliaxe.
3.2 As propiedades mecánicas da aliaxe durante a solidificación dependen en gran medida das características estruturais internas, incluíndo o tamaño do gran, o contido de hidróxeno e os niveis de inclusión.
3.3 Para as aliaxes de aluminio con estruturas dendríticas, o espazado entre os brazos dendríticos secundarios (SDAS) afecta significativamente tanto ás propiedades mecánicas como ao proceso de solidificación. Un SDAS máis fino leva a unha formación de porosidade máis temperá e a fraccións de porosidade máis altas, o que reduce a tensión crítica para a fisuración en quente.
3.4 Os defectos como os ocos e as inclusións por contracción interdendrítica debilitan gravemente a tenacidade do esqueleto sólido e reducen significativamente a tensión crítica necesaria para a fisuración en quente.
3.5 A morfoloxía dos grans é outro factor microestrutural crítico que inflúe no comportamento de fisuración en quente. Cando os grans pasan de dendritas columnares a grans equiaxiales globulares, a aliaxe presenta unha temperatura de rixidez máis baixa e unha permeabilidade ao líquido interdendrítico mellorada, o que suprime o crecemento dos poros. Ademais, os grans máis finos poden adaptarse a maiores deformacións e taxas de deformación e presentar camiños de propagación de fisuras máis complexos, o que reduce a tendencia xeral de fisuración en quente.
3.6 Na produción práctica, a optimización das técnicas de manipulación da masa fundida e de fundición (como o control estrito da inclusión e do contido de hidróxeno, así como da estrutura do gran) pode mellorar a resistencia interna dos lingotes en placa á fisuración en quente. Combinadas cun deseño de ferramentas e métodos de procesamento optimizados, estas medidas poden levar á produción de lingotes en placa de alto rendemento, a grande escala e de alta calidade.
4. Refinamento do gran do lingote
A aliaxe de aluminio 7050 emprega principalmente dous tipos de refinadores de grans: Al-5Ti-1B e Al-3Ti-0.15C. Os estudos comparativos sobre a aplicación en liña destes refinadores mostran:
4.1 Os lingotes refinados con Al-5Ti-1B presentan tamaños de gran significativamente menores e unha transición máis uniforme desde o bordo do lingote ata o centro. A capa de gran groso é máis fina e o efecto xeral de refinamento do gran é máis forte en todo o lingote.
4.2 Cando se empregan materias primas previamente refinadas con Al-3Ti-0.15C, o efecto de refinamento do gran do Al-5Ti-1B diminúe. Ademais, aumentar a adición de Al-Ti-B máis alá dun certo punto non mellora proporcionalmente o refinamento do gran. Polo tanto, as adicións de Al-Ti-B deben limitarse a non máis de 2 kg/t.
4.3 Os lingotes refinados con Al-3Ti-0.15C constan principalmente de grans finos, globulares e equiaxiales. O tamaño do gran é relativamente uniforme en toda a anchura da placa. Unha adición de 3–4 kg/t de Al-3Ti-0.15C é eficaz para estabilizar a calidade do produto.
4.4 É importante destacar que, cando se usa Al-5Ti-1B na aliaxe 7050, as partículas de TiB₂ tenden a segregarse cara á película de óxido na superficie do lingote en condicións de arrefriamento rápido, formando aglomerados que provocan a formación de escoria. Durante a solidificación do lingote, estes aglomerados contraen cara a dentro para formar pregamentos en forma de ranuras, o que altera a tensión superficial da masa fundida. Isto aumenta a viscosidade da masa fundida e reduce a fluidez, o que á súa vez promove a formación de gretas na base do molde e nas esquinas das caras anchas e estreitas do lingote. Isto aumenta significativamente a tendencia á formación de gretas e inflúe negativamente no rendemento do lingote.
4.5 Tendo en conta o comportamento de conformado da aliaxe 7050, a estrutura do gran de lingotes nacionais e internacionais similares e a calidade dos produtos finais procesados, prefírese o Al-3Ti-0.15C como refinador de gran en liña para a fundición da aliaxe 7050, a non ser que as condicións específicas requiran o contrario.
5. Comportamento de refinamento do gran de Al-3Ti-0.15C
5.1 Cando se engade o refinador de grans a 720 °C, os grans constan principalmente de estruturas equiaxiales con algunhas subestruturas e son os de tamaño máis fino.
5.2 Se a masa fundida se mantén demasiado tempo despois de engadir o refinador (por exemplo, máis de 10 minutos), domina o crecemento dendrítico groso, o que resulta en grans máis grosos.
5.3 Cando a cantidade engadida de refinador de grans é de 0,010 % a 0,015 %, conséguense grans finos equiaxiales.
5.4 Baseándose no proceso industrial da aliaxe 7050, as condicións óptimas de refinado do gran son: temperatura de adición arredor de 720 °C, tempo desde a adición ata a solidificación final controlado en 20 minutos e cantidade de refinador aproximadamente entre o 0,01 e o 0,015 % (3–4 kg/t de Al-3Ti-0,15 °C).
5.5 Malia as variacións no tamaño dos lingotes, o tempo total desde que se engade o refinador de grans despois da saída da masa fundida, a través do sistema en liña, a canle e o molde, ata a solidificación final adoita ser de 15 a 20 minutos.
5.6 En contornas industriais, aumentar a cantidade de refinador de grans por riba dun contido de Ti do 0,01 % non mellora significativamente o refinamento do gran. En cambio, unha adición excesiva leva ao enriquecemento de Ti e C, o que aumenta a probabilidade de defectos no material.
5.7 As probas en diferentes puntos (entrada de desgasificación, saída de desgasificación e cubeta de fundición) mostran diferenzas mínimas no tamaño do gran. Non obstante, engadir o refinador directamente na cubeta de fundición sen filtración aumenta o risco de defectos durante a inspección por ultrasóns dos materiais procesados.
5.8 Para garantir un refinamento uniforme do gran e evitar a acumulación de refinador, este debe engadirse na entrada do sistema de desgasificación.
Data de publicación: 16 de xullo de 2025
