Mecanismo y tecnología de prevención de grietas en los bordes en laminados en caliente. 5052 Círculos de aluminio

5052 aleación de aluminio, como la aleación de resistencia media más utilizada en la serie Al-Mg, ocupa una posición importante en la construcción naval, transporte, electrónica, y utensilios de cocina debido a su excelente resistencia a la corrosión, soldabilidad, y formabilidad. Sin embargo, en la producción de círculos laminados en caliente, agrietamiento del borde (división de borde)Es un defecto central que limita las tasas de rendimiento y la calidad del producto, manifestándose como microfisuras menores en forma de dientes de sierra en el mejor de los casos y convirtiéndose en divisiones en todo el espesor en el peor., imposibilitando directamente los procesos posteriores de laminación en frío y estampado. Este artículo analiza sistemáticamente los factores clave que influyen en toda la cadena: el material, lingote, y laminación en caliente, basada en el mecanismo de formación de grietas. Propone una estrategia integral de prevención y control para brindar soporte técnico a la producción estable de alta calidad. 5052 círculos de aluminio laminado en caliente.

1. Mecanismo de formación de grietas en los bordes en 5052 Círculos de aluminio laminado en caliente

1.1 La naturaleza mecánica de la formación de grietas

El núcleo de la fractura en el laminado en caliente de metales es que La tensión de tracción adicional en el borde excede la tensión de fractura crítica del material. (σ⁺ ≥ σc). Durante el laminado en caliente de 5052 círculos, Hay una diferencia significativa de temperatura y deformación entre el centro y el borde de la losa.: el centro sufre una deformación suficiente con una temperatura más alta, permanecer en un estado de tensión de compresión; el borde se enfría más rápido con deformación retrasada, generando tensión de tracción adicional. Cuando esta tensión de tracción excede la resistencia crítica al agrietamiento del material a la temperatura actual, Las microfisuras se inician en los límites de los granos o defectos y se propagan a lo largo de la dirección de la tensión de tracción., eventualmente formando grietas visibles en los bordes.

1.2 El “Fragilización del sodio” Característica de 5052 Aleación (Causa intrínseca)

5052 contiene entre 2,2% y 2,8% de magnesio, clasificándolo como una aleación de Al-Mg con alto contenido de magnesio. “Fragilización del sodio” es la causa inducida por el material del núcleo del agrietamiento de los bordes.

Trazas de Na (w(Ya) > 5×10⁻⁶) Adsorberse en estado libre en los límites de los granos durante la solidificación., formando un punto de fusión bajo (97.7°C) película líquida, reduciendo significativamente la resistencia de la frontera de grano y la tensión de fractura crítica σc.
Durante el laminado en caliente, La película líquida en los límites de los granos se agrieta fácilmente bajo tensión de tracción., y la velocidad de propagación de grietas aumenta significativamente con un mayor contenido de Na (La profundidad de la grieta se correlaciona positivamente con el contenido de Na.).
Además, desequilibrios en la relación Fe/Si y segregación de impurezas (p.ej., fases gruesas de Al-Fe-Si) exacerbar el debilitamiento de los límites de grano, aumentando la tendencia al agrietamiento de los bordes.

1.3 Deformación no uniforme durante el laminado en caliente (Causa extrínseca)

Temperatura no uniforme: El borde del círculo se enfría más rápido, lo que lleva a una mayor caída de temperatura y una resistencia a la deformación significativamente mayor que el centro, lo que resulta en una tensión de tracción adicional concentrada en los bordes.
Corona y forma deficientes: Causas excesivas de la corona del rodillo “hebilla central,” obligar a los bordes a soportar tensiones de tracción adicionales e inducir grietas.
Parámetros de proceso no coincidentes: Reducción excesiva por pasada, velocidad de rodadura demasiado alta, y el control inadecuado de la tensión agrava la falta de uniformidad de la deformación., amplificación de la tensión de tracción del borde.
Defectos inherentes al lingote: Los lingotes con lados sin mecanizar contienen microgrietas en el subsuelo, inclusiones de escoria, o segregación microestructural, que se convierten en sitios de iniciación de grietas y se propagan rápidamente durante el laminado en caliente..

2. Factores clave que influyen y características de falla de las grietas en los bordes

2.1 Factores materiales y de fusión

Contenido excesivo de Na: El riesgo de agrietamiento de los bordes aumenta considerablemente cuando w(Ya) > 5×10⁻⁶; El agrietamiento severo de los bordes es casi inevitable cuando w(Ya) > 20×10⁻⁶.
Mal control de impurezas: Cuando Fe < Y, fase β frágil (Al₃FeSi) se forma fácilmente, distribuido a lo largo de los límites de los granos y fracturando la matriz; Las inclusiones gruesas se convierten en puntos de concentración de tensiones..
Refinación insuficiente: La desgasificación incompleta de la masa fundida y la eliminación de escoria dejan poros residuales e inclusiones de óxido, inducir grietas durante el laminado en caliente.

2.2 Factores de preparación de lingotes

Proceso de fundición irrazonable: Temperatura de fundición excesivamente alta, velocidad excesiva, o un enfriamiento secundario por agua demasiado fuerte generan tensiones de fundición significativas y grietas en el subsuelo.. Las grietas laterales se propagan directamente hacia las divisiones de los bordes durante el laminado en caliente..
Homogeneización insuficiente: Una temperatura de homogeneización inadecuada o un tiempo de mantenimiento corto impiden la disolución completa de las fases eutécticas que no están en equilibrio, dejando fases frágiles en los límites de los granos y reduciendo la resistencia al agrietamiento.
Mala calidad del especulación: El raspado lateral insuficiente o no estándar no logra eliminar los defectos del subsuelo, creando fuentes para el agrietamiento de los bordes.

2.3 Factores del proceso de laminación en caliente

Baja temperatura de laminación inicial: La temperatura adecuada de laminación en caliente para 5052 es de 480 a 520°C. Por debajo de 460°C, la plasticidad cae en picado y la resistencia a la deformación aumenta, haciendo que los bordes sean propensos a agrietarse.
Reducción excesiva por pase: Una reducción de un solo paso >25% en la etapa de desbaste agrava la concentración de tensiones de tracción en los bordes.
Enfriamiento y lubricación incontrolados: Una temperatura de emulsión excesivamente baja o una pulverización desigual provocan un sobreenfriamiento del borde; La mala lubricación aumenta la fricción., empeoramiento de la falta de uniformidad de la deformación.
Control deficiente de la tensión y del balanceo de la corona: Una tensión posterior excesiva o una corona de rodillo irrazonable conducen directamente a que la tensión de tracción del borde supere los límites.

2.4 Clasificación de las características de falla de grietas

Grietas en los bordes localizados: Microfisuras puntiformes/de tiras cortas que se originan por daños superficiales locales, segregación na, o pequeñas inclusiones.
Grietas de borde regional: Grietas continuas en los bordes de los dientes de sierra, a menudo debido a incrustaciones de óxido residual en el lingote, enfriamiento excesivo localizado, o deformación no uniforme.
Agrietamiento del borde de la bobina completa: Profundo, divisiones de espesor, causado principalmente por un contenido excesivo de Na, baja temperatura general, o desajuste grave del proceso.

3. Tecnología Integral de Prevención y Control de Fisuras en Bordes en 5052 Círculos de aluminio laminado en caliente

3.1 Fusión y fundición: Eliminando “Fragilización del sodio” y defectos en la fuente

3.1.1 Control estricto de la composición química

Control de contenido: Controlar estrictamente las fuentes de Na en materias primas/auxiliares (p.ej., lingotes de mg, agentes de eliminación de sodio) para garantizar el producto final w(Ya) < 5×10⁻⁶; Utilice agentes refinadores sin sodio., evitando modificadores de sal de sodio.
Optimizar la relación Fe/Si: Controlar(fe) > w(Y), típicamente Fe:y ≥ 1.2, para inhibir la formación de fase β frágil.
Límites de impureza: w(Y) ≤ 0.25%, w(fe) ≤ 0.4%, para reducir compuestos intermetálicos gruesos.

3.1.2 Optimizar el proceso de fundición

Temperatura de fundición: 730–750°C, evitando el sobrecalentamiento que causa el engrosamiento del grano y la concentración de tensiones.
Velocidad de lanzamiento: Reducir entre un 10 % y un 15 % para prolongar el tiempo de solidificación y reducir la tensión de fundición..
Enfriamiento secundario: Reducir la intensidad del enfriamiento por agua, Adoptar enfriamiento en gradiente para minimizar la diferencia de temperatura y el estrés térmico entre la superficie del lingote y el núcleo..
Dimensiones del lingote: Controle la relación ancho-espesor para evitar un enfriamiento excesivo de los bordes; realizar un raspado lateral minucioso para eliminar los defectos del subsuelo.

3.1.3 Fortalecer el tratamiento de homogeneización

Temperatura de homogeneización: 460–470°C (evitando quemarse), Mantener durante 8 a 12 h para garantizar la disolución completa de las fases que no están en equilibrio y una estructura uniforme..
Método de enfriamiento: El horno se enfría lentamente por debajo de 300 °C antes de retirarlo para eliminar el estrés por enfriamiento..

3.2 Proceso de laminación en caliente: Control preciso de la temperatura y la deformación para reducir la tensión de tracción del borde

3.2.1 Control de temperatura de proceso completo

Temperatura de balanceo inicial: Desbaste: 490–520°C, Refinamiento: 460–480°C, Garantizar una temperatura del borde ≥450 °C para mantener una buena plasticidad..
Uniformidad de la temperatura del horno:Calibre periódicamente los hornos de calentamiento para garantizar una variación de la temperatura de calentamiento de los lingotes ≤ ±10°C, evitando el subenfriamiento/sobrecalentamiento local.
Control de caída de temperatura rodante: Mejorar la velocidad de rodadura, optimizar la temperatura de la emulsión (60–80°C), Reduzca el tiempo de enfriamiento del aire para reducir la velocidad de enfriamiento del borde..

3.2.2 Optimización de la deformación y la corona rodante

Distribución de reducción de pases: Reducción de desbaste en una sola pasada: 15%–22%, Refinamiento: 10%–18%, evitando grandes reducciones que causan deformación no uniforme.
Control de corona enrollable: Utilice rollos ligeramente convexos (0.05–0,10 mm/m), combinado con tecnología de doblado de rodillos, para suprimir la pandeo central y equilibrar la tensión en los bordes.
Sistema de tensión: Emplear laminado de microtensión (tensión trasera ≤5 MPa) para evitar tensiones de tracción adicionales en los bordes; Mantenga una tensión de bobinado constante para evitar picos de tensión que provoquen grietas..

3.2.3 Enfriamiento y lubricación refinados

Pulverización de emulsión: Controle el ancho de pulverización ligeramente menor que el ancho del serpentín para evitar un enfriamiento excesivo de los bordes.; ajuste el ángulo de pulverización para garantizar un enfriamiento uniforme.
Gestión de la lubricación: Asegurar la concentración de la emulsión. (3%–5%) y limpieza para reducir el coeficiente de fricción y minimizar la resistencia a la deformación desigual.

3.3 Control de equipos y procesos: Garantizar la estabilidad del proceso

Mantenimiento del rollo: Rectifique los rodillos periódicamente para garantizar el acabado de la superficie y la precisión dimensional., Evitar que los defectos de la superficie del rollo se transfieran al producto..
Optimización del rollo de bordeadora: Ajuste razonablemente la presión lateral del rodillo bordeador para corregir la desviación de la losa y reducir la tensión de tracción local en los bordes..
Monitoreo en línea: Instalar temperatura en línea, forma, y sistemas de detección de tensión para el ajuste en tiempo real de los parámetros del proceso y la advertencia oportuna de anomalías.
Producción Limpia: Prevenir la escala de óxido, aceite, y contaminantes en las superficies de los lingotes entren en el proceso de laminación en caliente para evitar defectos en la superficie que provoquen grietas.

4. Verificación de los efectos de la prevención y mejora de la calidad.

La implementación de las medidas de prevención de todo el proceso anteriores puede lograr un control efectivo de las grietas en los bordes en 5052 círculos de aluminio laminado en caliente:

Fin del material: w(Ya) controlado de forma estable por debajo de 3×10⁻⁶, Relación Fe/Si optimizada a 1,3–1,5, Se eliminan esencialmente las fases frágiles de los límites de grano..
Extremo del lingote: La tensión de fundición y los defectos del subsuelo se redujeron significativamente, La uniformidad de la microestructura después de la homogeneización mejoró notablemente..
Extremo de laminación en caliente: Diferencia de temperatura del borde controlada dentro de 30°C, tensión de tracción adicional reducida por debajo del valor crítico. La incidencia de grietas en los bordes disminuye desde más de 60% hacia abajo 5%, con una tasa de rendimiento que aumenta entre un 15 % y un 20 %.

5. Conclusión y perspectivas

Grietas en el borde 5052 Los círculos de aluminio laminados en caliente resultan de la acción combinada de los intrínseco “fragilización del sodio” factor material y el factor de deformación extrínseco no uniforme de laminación en caliente. El núcleo de la prevención reside en: controlar estrictamente el contenido de Na (w(Ya) < 5×10⁻⁶), optimización de la microestructura del lingote, Gestión precisa de la temperatura y la deformación del laminado en caliente., y equilibrar la tensión del borde. A través de la coordinación tecnológica en todo el proceso de fundición-fundición-laminación en caliente., el problema del agrietamiento de los bordes se puede resolver fundamentalmente, permitiendo la producción estable de alta calidad 5052 círculos de aluminio laminado en caliente.

Mirando hacia adelante, simulación numérica (p.ej., DEFORMAR) Se puede integrar aún más para optimizar la temperatura de laminación en caliente y la distribución del campo de tensión.. El desarrollo de sistemas adaptables de corona de rodillos y control de tensión puede lograr una prevención y control inteligentes de las grietas en los bordes., promoviendo el desarrollo de 5052 Producción de círculos de aluminio hacia una mayor eficiencia., estabilidad, y calidad.