Mécanisme et technologie de prévention des fissures de bord dans les produits laminés à chaud 5052 Cercles en aluminium

5052 alliage d'aluminium, comme l'alliage de résistance moyenne le plus largement utilisé dans la série Al-Mg, occupe une position importante dans la construction navale, transport, électronique, et ustensiles de cuisine en raison de son excellente résistance à la corrosion, soudabilité, et formabilité. Cependant, dans la production de cercles laminés à chaud, fissuration des bords (fente de bord) est un défaut fondamental qui limite les taux de rendement et la qualité du produit, se manifestant au mieux par des microfissures mineures en dents de scie et au pire se développant en fissures dans l'épaisseur., rendant directement impossibles les processus ultérieurs de laminage à froid et d'emboutissage. Cet article analyse systématiquement les principaux facteurs d'influence tout au long de la chaîne : les matériaux, lingot, et laminage à chaud – basé sur le mécanisme de formation de fissures. Il propose une stratégie globale de prévention et de contrôle pour fournir un soutien technique à la production stable de produits de haute qualité. 5052 cercles en aluminium laminés à chaud.

1. Mécanisme de formation des fissures de bord dans 5052 Cercles en aluminium laminés à chaud

1.1 La nature mécanique de la formation de fissures

Le cœur de la fracture lors du laminage à chaud des métaux est que la contrainte de traction supplémentaire au bord dépasse la contrainte de rupture critique du matériau (σ⁺ ≥ σc). Lors du laminage à chaud de 5052 cercles, il existe une différence significative de température et de déformation entre le centre et le bord de la dalle: le centre subit une déformation suffisante à une température plus élevée, rester dans un état de contrainte de compression; le bord refroidit plus rapidement avec une déformation retardée, générer une contrainte de traction supplémentaire. Lorsque cette contrainte de traction dépasse la résistance critique à la fissuration du matériau à la température actuelle, les microfissures apparaissent au niveau des joints de grains ou des défauts et se propagent dans la direction de la contrainte de traction, finissant par former des fissures visibles sur les bords.

1.2 Le “Fragilisation par le sodium” Caractéristique de 5052 Alliage (Cause intrinsèque)

5052 contient 2,2 % à 2,8 % de magnésium, le classant comme un alliage Al-Mg à haute teneur en magnésium. “Fragilisation par le sodium” est la cause induite par le matériau central de la fissuration de ses bords.

Des traces de Na (w(Déjà) > 5×10⁻⁶) adsorber à l'état libre aux joints de grains pendant la solidification, formant un point de fusion bas (97.7°C) film liquide, réduisant considérablement la résistance des joints de grains et la contrainte critique de rupture σc.
Pendant le laminage à chaud, le film liquide aux joints de grains se fissure facilement sous l'effet de la traction, et la vitesse de propagation des fissures augmente considérablement avec une teneur en Na plus élevée (la profondeur des fissures est positivement corrélée à la teneur en Na).
En outre, déséquilibres du rapport Fe/Si et ségrégation des impuretés (par ex., phases grossières Al-Fe-Si) aggraver l'affaiblissement des joints de grains, augmentant la tendance à la fissuration des bords.

1.3 Déformation non uniforme lors du laminage à chaud (Cause extrinsèque)

Non-uniformité de la température: Le bord du cercle refroidit plus vite, conduisant à une chute de température plus importante et à une résistance à la déformation nettement plus élevée que le centre, ce qui entraîne une contrainte de traction supplémentaire concentrée sur les bords.
Mauvaise couronne et forme du rouleau: Une couronne de roulis excessive provoque “boucle centrale,” obliger les bords à supporter une contrainte de traction supplémentaire et provoquer des fissures.
Paramètres de processus incompatibles: Réduction excessive par pass, vitesse de roulement trop élevée, et un mauvais contrôle de la tension aggravent la non-uniformité de la déformation., amplification de la contrainte de traction sur les bords.
Défauts inhérents au lingot: Les lingots aux faces non usinées contiennent des microfissures souterraines, inclusions de scories, ou ségrégation microstructurelle, qui deviennent des sites d'initiation de fissures et se propagent rapidement lors du laminage à chaud.

2. Facteurs d'influence clés et caractéristiques de défaillance des fissures de bord

2.1 Facteurs de matériau et de fusion

Contenu excessif en Na: Le risque de fissuration des bords augmente fortement lorsque w(Déjà) > 5×10⁻⁶; une fissuration importante des bords est presque inévitable lorsque w(Déjà) > 20×10⁻⁶.
Mauvais contrôle des impuretés: Quand Fe < Et, phase β fragile (Al₃FeSi) se forme facilement, distribué le long des joints de grains et fracturant la matrice; les inclusions grossières deviennent des points de concentration de contraintes.
Raffinage insuffisant: Un dégazage incomplet de la matière fondue et une élimination des scories laissent des pores résiduels et des inclusions d'oxyde, provoquant des fissures lors du laminage à chaud.

2.2 Facteurs de préparation des lingots

Processus de casting déraisonnable: Température de coulée trop élevée, vitesse excessive, ou un refroidissement secondaire par eau trop fort génère des contraintes de coulée importantes et des fissures souterraines. Les fissures latérales se propagent directement dans les fissures des bords lors du laminage à chaud.
Homogénéisation insuffisante: Une température d'homogénéisation inadéquate ou un temps de maintien court empêchent la dissolution complète des phases eutectiques hors équilibre, laissant des phases fragiles aux joints de grains et réduisant la résistance aux fissures.
Mauvaise qualité de scalpage: Un scalping latéral insuffisant ou non standard ne parvient pas à éliminer les défauts souterrains, créer des sources de fissuration des bords.

2.3 Facteurs du processus de laminage à chaud

Faible température de roulement initiale: La température de laminage à chaud appropriée pour 5052 est de 480 à 520 °C. En dessous de 460°C, la plasticité chute et la résistance à la déformation augmente, rendre les bords sujets aux fissures.
Réduction excessive par Pass: Une réduction en un seul passage >25% lors de l'ébauche, aggrave la concentration des contraintes de traction sur les bords.
Refroidissement et lubrification incontrôlés:Une température d'émulsion trop basse ou une pulvérisation inégale provoque un refroidissement excessif des bords; une mauvaise lubrification augmente la friction, aggravation de la non-uniformité de la déformation.
Mauvais contrôle de la tension et du roulis de la couronne:Une contre-tension excessive ou une couronne de rouleau déraisonnable entraîne directement une contrainte de traction sur les bords dépassant les limites.

2.4 Classification des caractéristiques de rupture de fissure

Fissuration localisée des bords: Microfissures ponctuées/bandes courtes provenant de dommages locaux en surface, Pas de ségrégation, ou petites inclusions.
Fissuration des bords régionaux: Fissuration continue des bords en dents de scie, souvent dû à la calamine d'oxyde résiduelle sur le lingot, refroidissement excessif localisé, ou déformation non uniforme.
Fissuration des bords de la bobine complète: Profond, fentes dans toute l'épaisseur, principalement causé par une teneur excessive en Na, température globalement basse, ou inadéquation grave des processus.

3. Technologie complète de prévention et de contrôle des fissures de bord dans 5052 Cercles en aluminium laminés à chaud

3.1 Fusion et coulée: Éliminer “Fragilisation par le sodium” et défauts à la source

3.1.1 Contrôle strict de la composition chimique

Contrôle du contenu: Contrôler strictement les sources de Na dans les matières premières/auxiliaires (par ex., Lingots de magnésium, agents d'élimination du sodium) pour garantir le produit final w(Déjà) < 5×10⁻⁶; utiliser des agents de raffinage sans sodium, éviter les modificateurs de sel de sodium.
Optimiser le rapport Fe/Si: Contrôle w(Fe) > w(Et), généralement Fe:Et ≥ 1.2, pour inhiber la formation fragile de la phase β.
Limites d'impuretés:w(Et) ≤ 0.25%, w(Fe) ≤ 0.4%, pour réduire les composés intermétalliques grossiers.

3.1.2 Optimiser le processus de coulée

Température de coulée: 730–750°C, éviter la surchauffe qui provoque le grossissement des grains et la concentration des contraintes.
Vitesse d'incantation: Réduire de 10 à 15 % pour prolonger le temps de solidification et réduire les contraintes de coulée.
Refroidissement secondaire: Réduire l'intensité du refroidissement par eau, adopter un refroidissement par gradient pour minimiser la différence de température et les contraintes thermiques entre la surface du lingot et le noyau.
Dimensions du lingot: Contrôlez le rapport largeur/épaisseur pour éviter un refroidissement excessif des bords; effectuer un scalping latéral approfondi pour éliminer les défauts souterrains.

3.1.3 Renforcer le traitement d'homogénéisation

Température d'homogénéisation: 460–470°C (éviter de brûler), maintenir pendant 8 à 12 h pour assurer une dissolution complète des phases hors équilibre et une structure uniforme.
Méthode de refroidissement: Le four refroidit lentement jusqu'à moins de 300 °C avant de le retirer pour éliminer le stress lié au refroidissement..

3.2 Processus de laminage à chaud: Contrôle précis de la température et de la déformation pour réduire les contraintes de traction des bords

3.2.1 Contrôle complet de la température du processus

Température de roulement initiale: Ebauche: 490–520°C, Finition: 460–480°C, assurer une température de bord ≥450°C pour maintenir une bonne plasticité.
Uniformité de la température du four: Calibrer régulièrement les fours de chauffage pour garantir une variation de température de chauffage des lingots ≤ ±10°C, éviter un sous-refroidissement/une surchauffe locale.
Contrôle de la baisse de température par roulement: Améliorer la correspondance de la vitesse de roulement, optimiser la température de l'émulsion (60–80°C), réduire le temps de refroidissement de l'air pour réduire le taux de refroidissement des bords.

3.2.2 Optimisation de la déformation et de la couronne de roulis

Distribution de réduction de laissez-passer: Réduction d'ébauche en une seule passe: 15%–22%, Finition: 10%–18%, éviter les réductions importantes provoquant une non-uniformité de la déformation.
Contrôle de la couronne de roulis: Utiliser des rouleaux légèrement convexes (0.05–0,10 mm/m), combiné avec la technologie de cintrage par roulage, pour supprimer la boucle centrale et équilibrer les contraintes sur les bords.
Système de tension: Utiliser le roulage en micro-tension (tension arrière ≤5 MPa) pour éviter des contraintes de traction supplémentaires sur les bords; maintenir une tension d'enroulement constante pour éviter les surtensions provoquant des fissures.

3.2.3 Refroidissement et lubrification raffinés

Pulvérisation d'émulsion: Contrôlez la largeur de pulvérisation légèrement inférieure à la largeur de la bobine pour éviter un refroidissement excessif des bords.; ajuster l'angle de pulvérisation pour assurer un refroidissement uniforme.
Gestion de la lubrification: Assurer la concentration de l’émulsion (3%–5%) et propreté pour réduire le coefficient de frottement et minimiser la résistance inégale à la déformation.

3.3 Contrôle des équipements et des processus: Assurer la stabilité du processus

Entretien des rouleaux: Réaffûtez régulièrement les rouleaux pour garantir la finition de surface et la précision dimensionnelle, empêcher les défauts de surface du rouleau de se transférer sur le produit.
Optimisation du rouleau de coupe-bordure: Ajustez raisonnablement la pression latérale du rouleau de coupe-bordure pour corriger la déviation de la dalle et réduire les contraintes de traction locales sur les bords..
Surveillance en ligne: Installer la température en ligne, forme, et des systèmes de détection de tension pour un ajustement en temps réel des paramètres du processus et un avertissement rapide des anomalies.
Production propre: Prévenir le tartre d'oxyde, huile, et les contaminants sur les surfaces des lingots d'entrer dans le processus de laminage à chaud pour éviter les défauts de surface induisant des fissures.

4. Vérification des effets de la prévention et amélioration de la qualité

La mise en œuvre des mesures de prévention ci-dessus pour l'ensemble du processus peut permettre un contrôle efficace des fissures de bord dans 5052 cercles en aluminium laminés à chaud:

Fin du matériau:w(Déjà) contrôlé de manière stable en dessous de 3×10⁻⁶, Rapport Fe/Si optimisé à 1,3-1,5, phases fragiles aux limites des grains pratiquement éliminées.
Fin du lingot: Contrainte de coulée et défauts souterrains considérablement réduits, uniformité de la microstructure après homogénéisation nettement améliorée.
Fin de laminage à chaud: Différence de température des bords contrôlée à moins de 30°C, contrainte de traction supplémentaire réduite en dessous de la valeur critique. L'incidence de fissuration des bords diminue de plus en plus 60% en dessous 5%, avec un taux de rendement augmentant de 15 % à 20 %.

5. Conclusion et perspectives

Le bord se fissure 5052 Les cercles en aluminium laminés à chaud résultent de l'action combinée des intrinsèque “fragilisation par le sodium” facteur de matériau et facteur de déformation extrinsèque non uniforme par laminage à chaud. Le cœur de la prévention réside dans: contrôler strictement la teneur en Na (w(Déjà) < 5×10⁻⁶), optimisation de la microstructure des lingots, gérer avec précision la température de laminage à chaud et la déformation, et équilibrage des contraintes de bord. Grâce à une coordination technologique tout au long du processus de fusion-coulée-laminage à chaud, le problème de fissuration des bords peut être fondamentalement résolu, permettant la production stable de produits de haute qualité 5052 cercles en aluminium laminés à chaud.

Regarder vers l'avenir, simulation numérique (par ex., DÉFORMER) peut être davantage intégré pour optimiser la température de laminage à chaud et la répartition du champ de contrainte. Le développement de systèmes adaptatifs de contrôle de la couronne et de la tension des rouleaux peut permettre une prévention et un contrôle intelligents des fissures de bord, promouvoir le développement de 5052 production de cercles en aluminium vers une plus grande efficacité, stabilité, et qualité.