Mekanisme dan Teknologi Pencegahan Retak Tepi pada Canai Panas 5052 Lingkaran Aluminium

5052 paduan aluminium, sebagai paduan kekuatan sedang yang paling banyak digunakan dalam seri Al-Mg, memegang posisi penting dalam pembuatan kapal, angkutan, elektronik, dan peralatan masak karena ketahanan korosinya yang sangat baik, kemampuan las, dan sifat mampu bentuk. Namun, dalam produksi lingkaran canai panas, retak tepi (perpecahan tepi) adalah cacat inti yang membatasi tingkat hasil dan kualitas produk—yang paling baik bermanifestasi sebagai retakan mikro kecil pada gigi gergaji dan paling buruk berkembang menjadi perpecahan ketebalan tembus, secara langsung membuat proses pengerolan dingin dan pengecapan selanjutnya menjadi tidak mungkin dilakukan. Artikel ini secara sistematis menganalisis faktor-faktor utama yang mempengaruhi seluruh rantai—material, batangan, dan pengerolan panas—berdasarkan mekanisme pembentukan retakan. Ini mengusulkan strategi pencegahan dan pengendalian yang komprehensif untuk memberikan dukungan teknis bagi produksi stabil berkualitas tinggi 5052 lingkaran aluminium canai panas.

1. Mekanisme Terbentuknya Retakan Tepi pada 5052 Lingkaran Aluminium Canai Panas

1.1 Sifat Mekanik Pembentukan Retak

Inti dari patahan pada logam canai panas adalah itu tegangan tarik tambahan pada bagian tepi melebihi tegangan patah kritis material (σ⁺ ≥ σc). Selama penggulungan panas 5052 lingkaran, terdapat perbedaan suhu dan deformasi yang signifikan antara bagian tengah dan tepi pelat: bagian tengahnya mengalami deformasi yang cukup dengan suhu yang lebih tinggi, tetap dalam kondisi tegangan tekan; tepinya mendingin lebih cepat dengan deformasi yang tertinggal, menghasilkan tegangan tarik tambahan. Ketika tegangan tarik ini melebihi ketahanan retak kritis material pada suhu saat ini, retakan mikro dimulai pada batas butir atau cacat dan merambat sepanjang arah tegangan tarik, akhirnya membentuk retakan tepi yang terlihat.

1.2 Itu “Penggetasan Natrium” Karakteristik dari 5052 Paduan (Penyebab Intrinsik)

5052 mengandung 2,2%–2,8% Mg, mengklasifikasikannya sebagai paduan Al-Mg magnesium tinggi. “Penggetasan natrium” adalah penyebab retak tepinya yang disebabkan oleh material inti.

Jumlah jejak Na (w(Sudah) > 5×10⁻⁶) teradsorpsi dalam keadaan bebas pada batas butir selama pemadatan, membentuk titik leleh rendah (97.7°C) film cair, secara signifikan mengurangi kekuatan batas butir dan tegangan patah kritis σc.
Selama pengerolan panas, lapisan tipis pada batas butir mudah retak akibat tegangan tarik, dan kecepatan perambatan retak meningkat secara signifikan dengan kandungan Na yang lebih tinggi (kedalaman retak berkorelasi positif dengan kandungan Na).
Lebih-lebih lagi, ketidakseimbangan dalam rasio Fe/Si dan pemisahan pengotor (misalnya, fase Al-Fe-Si kasar) memperburuk pelemahan batas butir, meningkatkan kecenderungan retak tepi.

1.3 Deformasi Tidak Seragam Selama Pengerolan Panas (Penyebab Ekstrinsik)

Ketidakseragaman Suhu: Tepi lingkaran mendingin lebih cepat, menyebabkan penurunan suhu yang lebih besar dan ketahanan deformasi yang jauh lebih tinggi daripada bagian tengahnya, menghasilkan tegangan tarik tambahan yang terkonsentrasi pada bagian tepinya.
Mahkota dan Bentuk Gulungan yang Buruk: Penyebab roll crown yang berlebihan “gesper tengah,” memaksa bagian tepinya menanggung tekanan tarik ekstra dan menyebabkan retakan.
Parameter Proses Tidak Cocok: Pengurangan yang berlebihan per pass, kecepatan bergulir yang terlalu tinggi, dan kontrol tegangan yang tidak tepat memperburuk ketidakseragaman deformasi, memperkuat tegangan tarik tepi.
Cacat Ingot yang Inheren: Ingot dengan sisi yang tidak dikerjakan mengandung retakan mikro di bawah permukaan, inklusi terak, atau segregasi mikrostruktur, yang menjadi tempat inisiasi retak dan menyebar dengan cepat selama pengerolan panas.

2. Faktor Utama yang Mempengaruhi dan Karakteristik Kegagalan Retak Tepi

2.1 Bahan dan Faktor Peleburan

Kandungan Na Berlebihan: Risiko retak tepi meningkat tajam ketika w(Sudah) > 5×10⁻⁶; retak tepi yang parah hampir tidak dapat dihindari ketika w(Sudah) > 20×10⁻⁶.
Kontrol Pengotor yang Buruk:Ketika Fe < Dan, fase β yang rapuh (Al₃FeSi) mudah terbentuk, didistribusikan sepanjang batas butir dan mematahkan matriks; inklusi kasar menjadi titik konsentrasi stres.
Pemurnian Tidak Memadai: Degassing lelehan dan penghilangan terak yang tidak sempurna meninggalkan sisa pori-pori dan inklusi oksida, menyebabkan keretakan selama pengerolan panas.

2.2 Faktor Persiapan Ingot

Proses Casting yang Tidak Wajar:Temperatur pengecoran yang terlalu tinggi, kecepatan berlebihan, atau pendinginan air sekunder yang terlalu kuat menghasilkan tekanan pengecoran dan retakan bawah permukaan yang signifikan. Retakan samping langsung merambat menjadi belahan tepi selama pengerolan panas.
Homogenisasi Tidak Memadai:Suhu homogenisasi yang tidak memadai atau waktu penahanan yang singkat mencegah pembubaran penuh fase eutektik yang tidak setimbang, meninggalkan fase rapuh pada batas butir dan mengurangi ketahanan retak.
Kualitas Scalping Buruk: Side scalping yang tidak memadai atau tidak standar gagal menghilangkan cacat bawah permukaan, menciptakan sumber untuk retak tepi.

2.3 Faktor Proses Pengerolan Panas

Suhu Penggulungan Awal yang Rendah:Suhu pengerolan panas yang sesuai untuk 5052 adalah 480–520°C. Di bawah 460°C, plastisitas merosot dan ketahanan deformasi melonjak, membuat pinggirannya rawan retak.
Pengurangan Berlebihan per Pass:Pengurangan sekali jalan >25% pada tahap roughing memperburuk konsentrasi tegangan tarik pada bagian tepinya.
Pendinginan dan Pelumasan yang Tidak Terkendali: Suhu emulsi yang terlalu rendah atau semprotan yang tidak merata menyebabkan pendinginan berlebih pada tepian; pelumasan yang buruk meningkatkan gesekan, memburuknya deformasi ketidakseragaman.
Ketegangan dan Kontrol Roll Crown yang Buruk: Ketegangan punggung yang berlebihan atau gulungan mahkota yang tidak masuk akal secara langsung menyebabkan tegangan tarik tepi melebihi batas.

2.4 Klasifikasi Karakteristik Kegagalan Retak

Retak Tepi Lokal: Retak mikro belang/strip pendek yang berasal dari kerusakan permukaan lokal, Dan segregasi, atau inklusi kecil.
Retak Tepi Daerah:Retak tepi gigi gergaji terus menerus, sering kali disebabkan oleh sisa kerak oksida pada ingot, pendinginan berlebihan yang terlokalisasi, atau deformasi ketidakseragaman.
Retak Tepi Kumparan Penuh: Dalam, perpecahan melalui ketebalan, terutama disebabkan oleh kandungan Na yang berlebihan, suhu rendah secara keseluruhan, atau ketidakcocokan proses yang parah.

3. Teknologi Pencegahan dan Pengendalian Komprehensif untuk Edge Cracks di 5052 Lingkaran Aluminium Canai Panas

3.1 Peleburan dan Pengecoran: Menghilangkan “Penggetasan Natrium” dan Cacat pada Sumbernya

3.1.1 Kontrol Komposisi Kimia Yang Ketat

Kontrol Konten Na: Mengontrol secara ketat sumber Na dalam bahan baku/penolong (misalnya, Mg batangan, agen penghilang natrium) untuk memastikan produk akhir w(Sudah) < 5×10⁻⁶; gunakan bahan pengilangan bebas natrium, menghindari pengubah garam natrium.
Optimalkan Rasio Fe/Si: Kontrol w(Fe) > w(Dan), biasanya Fe:Dan ≥ 1.2, untuk menghambat pembentukan fase β yang rapuh.
Batas Pengotor:w(Dan) ≤ 0.25%, w(Fe) ≤ 0.4%, untuk mereduksi senyawa intermetalik kasar.

3.1.2 Optimalkan Proses Pengecoran

Suhu Pengecoran: 730–750°C, menghindari panas berlebih yang menyebabkan butiran menjadi kasar dan konsentrasi tegangan.
Kecepatan Pengecoran: Kurangi sebesar 10%–15% untuk memperpanjang waktu pemadatan dan mengurangi tegangan pengecoran.
Pendinginan Sekunder: Kurangi intensitas pendinginan air, mengadopsi pendinginan gradien untuk meminimalkan perbedaan suhu dan tekanan termal antara permukaan ingot dan inti.
Dimensi Batangan: Kontrol rasio lebar dan tebal untuk menghindari pendinginan tepi yang berlebihan; lakukan scalping sisi menyeluruh untuk menghilangkan cacat bawah permukaan.

3.1.3 Memperkuat Perawatan Homogenisasi

Suhu Homogenisasi: 460–470°C (menghindari pembakaran), tahan selama 8–12 jam untuk memastikan pembubaran lengkap fase non-kesetimbangan dan struktur seragam.
Metode Pendinginan: Tungku didinginkan secara perlahan hingga di bawah 300°C sebelum dikeluarkan untuk menghilangkan tekanan pendinginan.

3.2 Proses Pengerolan Panas: Kontrol Suhu dan Deformasi yang Tepat untuk Mengurangi Tegangan Tarik Tepi

3.2.1 Kontrol Suhu proses penuh

Suhu Penggulungan Awal:Hidup seadanya: 490–520°C, Penyelesaian: 460–480°C, memastikan suhu tepi ≥450°C untuk menjaga plastisitas yang baik.
Keseragaman Suhu Tungku: Kalibrasi tungku pemanas secara teratur untuk memastikan variasi suhu pemanasan ingot ≤ ±10°C, menghindari pendinginan lokal/panas berlebih.
Kontrol Penurunan Suhu Bergulir:Meningkatkan pencocokan kecepatan bergulir, mengoptimalkan suhu emulsi (60–80°C), kurangi waktu pendinginan udara untuk menurunkan laju pendinginan tepi.

3.2.2 Deformasi dan Optimasi Roll Crown

Distribusi Pengurangan Lulus: Pengurangan satu jalur secara seadanya: 15%–22%, Penyelesaian: 10%–18%, menghindari reduksi besar yang menyebabkan ketidakseragaman deformasi.
Kontrol Mahkota Gulung:Gunakan gulungan yang agak cembung (0.05–0,10 mm/m), dikombinasikan dengan teknologi roll bending, untuk menekan gesper tengah dan menyeimbangkan tegangan tepi.
Sistem Ketegangan:Gunakan penggulungan tegangan mikro (ketegangan punggung ≤5 MPa) untuk menghindari tekanan tarik ekstra pada tepinya; pertahankan tegangan melingkar yang stabil untuk mencegah lonjakan tegangan yang menyebabkan retakan.

3.2.3 Pendinginan dan Pelumasan yang Disempurnakan

Penyemprotan Emulsi: Kontrol lebar semprotan sedikit lebih kecil dari lebar koil untuk menghindari pendinginan tepi yang berlebihan; sesuaikan sudut semprotan untuk memastikan pendinginan seragam.
Manajemen Pelumasan: Pastikan konsentrasi emulsi (3%–5%) dan kebersihan untuk mengurangi koefisien gesekan dan meminimalkan ketahanan deformasi yang tidak merata.

3.3 Pengendalian Peralatan dan Proses: Memastikan Stabilitas Proses

Perawatan Gulungan: Giling ulang gulungan secara teratur untuk memastikan penyelesaian permukaan dan keakuratan dimensi, mencegah cacat permukaan gulungan berpindah ke produk.
Optimasi Edger Roll: Sesuaikan tekanan sisi gulungan edger secara wajar untuk memperbaiki deviasi pelat dan mengurangi tegangan tarik lokal pada tepinya.
Pemantauan Daring: Instal suhu online, membentuk, dan sistem deteksi tegangan untuk penyesuaian parameter proses secara real-time dan peringatan kelainan secara tepat waktu.
Produksi Bersih: Mencegah skala oksida, minyak, and contaminants on ingot surfaces from entering the hot rolling process to avoid surface defects inducing cracks.

4. Verification of Prevention Effects and Quality Improvement

Implementing the above full-process prevention measures can achieve effective control of edge cracks in 5052 lingkaran aluminium canai panas:

Akhir Materi:w(Sudah) stably controlled below 3×10⁻⁶, Fe/Si ratio optimized to 1.3–1.5, brittle grain boundary phases essentially eliminated.
Ingot End: Casting stress and subsurface defects significantly reduced, microstructure uniformity after homogenization notably improved.
Hot Rolling End: Edge temperature difference controlled within 30°C, additional tensile stress reduced below the critical value. The incidence of edge cracking drops from over 60% ke bawah 5%, with yield rate increasing by 15%–20%.

5. Kesimpulan dan Pandangan

Edge cracks in 5052 lingkaran aluminium canai panas dihasilkan dari aksi gabungan dari hakiki “penggetasan natrium” faktor material dan faktor deformasi pengerolan panas ekstrinsik yang tidak seragam. Inti dari pencegahan terletak pada: mengontrol secara ketat konten Na (w(Sudah) < 5×10⁻⁶), mengoptimalkan struktur mikro ingot, secara tepat mengelola suhu dan deformasi pengerolan panas, dan menyeimbangkan tegangan tepi. Melalui koordinasi teknologi di seluruh proses peleburan—pengecoran—penggulungan panas, masalah retak tepi dapat diselesaikan secara mendasar, memungkinkan produksi stabil berkualitas tinggi 5052 lingkaran aluminium canai panas.

Melihat ke depan, simulasi numerik (misalnya, MERUSAK BENTUK) dapat diintegrasikan lebih lanjut untuk mengoptimalkan suhu pengerolan panas dan distribusi medan tegangan. Mengembangkan sistem kontrol tegangan dan mahkota gulungan yang adaptif dapat mencapai pencegahan dan pengendalian retakan tepi yang cerdas, mempromosikan pengembangan 5052 produksi lingkaran aluminium menuju efisiensi yang lebih tinggi, stabilitas, dan kualitas.