Analisis Penyebab dan Tindakan Perbaikan Porositas Sentral pada Cakram Aluminium Canai Panas

Cakram aluminium canai panas adalah produk perantara utama dalam rantai industri pengolahan aluminium, Banyak digunakan di bidang kelas atas seperti peralatan masak, peralatan listrik, mobil, dan luar angkasa. Kualitas internalnya secara langsung menentukan sifat mekanik, sifat mampu bentuk, dan masa pakai produk akhir. Porositas tengahadalah salah satu cacat internal paling umum pada cakram aluminium canai panas, diwujudkan sebagai baik-baik saja, pori-pori tersebar atau struktur longgar di area tengah. Ini secara signifikan mengurangi kepadatan material, kekuatan, dan plastisitas, dan dapat dengan mudah menjadi sumber keretakan pada proses selanjutnya, menyebabkan peningkatan tingkat penolakan produk dan biaya produksi. Karena itu, menganalisis secara sistematis mekanisme pembentukan porositas pusat dan mengembangkan langkah-langkah perbaikan ilmiah yang memiliki nilai rekayasa yang besar untuk meningkatkan kualitas produk dan memperkuat daya saing perusahaan..

---

1. Analisis Penyebab Porositas Tengah pada Cakram Aluminium Canai Panas

Porositas tengah adalah hasil dari efek gabungan dari proses dan evolusi mikrostruktur di seluruh rantai produksi, termasuk peleburan/pengecoran, bergulir panas, dan pendinginan. Penyebabnya dapat diringkas menjadi empat kategori berikut:

1.1 Warisan dan Retensi Cacat Asli pada Ingot

Bahan baku untuk cakram canai panas adalah batangan aluminium cor semi kontinyu. Porositas asli dalam ingot adalah sumber utamanya.

1. Pemberian Makanan yang Tidak Cukup untuk Penyusutan Solidifikasi

   Paduan aluminium mengalami kontraksi volume sekitar 6% –7% selama pemadatan. Jika pemadatan akhir bagian tengah ingot terhalang oleh cangkang yang sudah mengeras, sisa cairan di antara dendrit menjadi terisolasi, dan rongga penyusutan tidak dapat diisi, pembentukan porositas penyusutan—bentuk yang paling dominan.

2. Evolusi dan Jebakan Gas

   Aluminium cair mudah menyerap hidrogen selama peleburan dan penahanan. Setelah pemadatan, kelarutan hidrogen turun tajam, dan hidrogen lewat jenuh mengendap sebagai gelembung. Jika gelembung tidak dapat melayang tepat waktu dan terhalang oleh jaringan dendritik, porositas gasformulir, memperburuk cacat bila dikombinasikan dengan porositas susut.

3. Struktur Solidifikasi Tidak Seragam

   Selama pengecoran semi kontinyu, permukaan ingot mendingin dengan cepat sedangkan bagian tengah mendingin secara perlahan, membentuk struktur dari “butiran halus di permukaan, butiran kasar di tengahnya.” Butiran kasar dan dendrit yang berkembang di bagian tengahnya menghambat proses makan dan pelepasan gas, dan menyebabkan kesulitan dalam penyembuhan porositas selama pengerolan panas karena deformasi yang tidak merata.

4. Pengaruh Inklusi dan Segregasi

   Inklusi (misalnya, alumina) dalam aluminium cair dapat bertindak sebagai tempat nukleasi gelembung dan menghambat aliran lelehan. Pemisahan (misalnya, pengayaan zat terlarut) di wilayah tengah mengubah perilaku solidifikasi lokal, semakin meningkatkan kecenderungan porositas.

1.2 Parameter Proses Penggulungan Panas yang Tidak Masuk Akal

Pengerolan panas adalah proses kunci untuk penyembuhan porositas. Parameter yang tidak tepat tidak hanya gagal menghilangkan cacat asli tetapi juga menyebabkan cacat baru.

1. Pengurangan Total Tidak Memadai

   Pengurangan rolling total yang terlalu rendah (khas <60%) menghasilkan deformasi yang tidak mencukupi di bagian tengah, aliran logam yang tidak memadai, dan mencegah rongga berpori asli menjadi padat dan sembuh, mengarah langsung pada retensi mereka.

2. Distribusi Pengurangan Tiket yang Tidak Seimbang

   Pengurangan yang berlebihan pada operan awal dan pengurangan yang tidak mencukupi di kemudian hari, atau deformasi terkonsentrasi hanya pada permukaan, mencegah pusat menerima tegangan tekan triaksial yang memadai; pengurangan yang tidak mencukupi pada lintasan selanjutnya juga dapat menyebabkan porositas tidak terselesaikan.

3. Kontrol Suhu Penggulungan yang Tidak Tepat
   • Suhu terlalu rendah: Plastisitas paduan aluminium menurun, resistensi deformasi meningkat, membuat deformasi di bagian tengah menjadi sulit, menyebabkan efek penyembuhan yang buruk dan kecenderungan menyebabkan pengerasan dan keretakan kerja.
   • Suhu terlalu tinggi: Terjadi pengerasan butir, dan fluiditas logam yang berlebihan dapat menyebabkan “pembakaran” atau ketidakhomogenan struktural di tengah, yang merugikan perbaikan porositas.
4. Kecepatan Penggilingan dan Pelumasan yang Tidak Wajar

   Kecepatan rolling yang berlebihan memperpendek waktu deformasi, mencegah aliran yang cukup di tengah; pelumasan yang tidak mencukupi meningkatkan gesekan, menyebabkan deformasi permukaan yang lebih besar daripada bagian tengahnya, memperburuk ketidakhomogenan deformasi.

1.3 Cacat pada Proses Pendinginan dan Perlakuan Panas

Pendinginan pasca-penggulungan dan perlakuan panas selanjutnya secara langsung mempengaruhi kondisi penyembuhan dan stabilitas struktur.

1. Laju Pendinginan Tidak Seragam

   Pendinginan yang berlebihan (misalnya, pendinginan air langsung) menyebabkan kontraksi permukaan yang cepat sementara bagian tengahnya tertinggal, menghasilkan tekanan internal yang tinggi yang dapat membuka kembali pori-pori yang telah sembuh. Pendinginan yang lambat dapat menyebabkan butiran menjadi kasar, mengurangi kepadatan.

2. Annealing Homogenisasi Tidak Memadai

   Homogenisasi anil ingot sebelum pengerolan panas bertujuan untuk menghilangkan segregasi dendritik dan meningkatkan keseragaman mikrostruktur. Jika suhu anil terlalu rendah atau waktu penahanan tidak mencukupi, fase non-ekuilibrium tidak larut sepenuhnya, dan porositas serta segregasi asli diwarisi oleh cakram canai panas.

3. Pendinginan yang Tidak Benar Setelah Annealing

   Pendinginan yang cepat menghasilkan tekanan internal dan memberikan waktu yang tidak mencukupi untuk difusi atom; pendinginan yang terlalu lambat dapat menyebabkan butiran menjadi kasar.

1.4 Faktor Peralatan dan Operasional

Ketepatan peralatan dan standarisasi operasional secara tidak langsung mempengaruhi pengendalian porositas.

1. Kekakuan Pabrik Tidak Memadai

   Kekakuan yang rendah pada dudukan rolling mill menyebabkan deformasi elastis yang signifikan selama penggulungan, menghasilkan ketebalan pelat yang tidak rata dan deformasi yang tidak memadai di bagian tengahnya.

2. Pemanasan Pelat yang Tidak Merata

   Penyimpangan kontrol suhu pada tungku pemanasan ulang atau penempatan pelat yang tidak tepat menyebabkan gradien suhu pada penampang ingot, menyebabkan deformasi yang tidak merata selama penggulungan.

3. Operasi Non-standar

   Masalah seperti lempengan yang mengembara selama penggulungan, kehilangan suhu yang berlebihan di antara lintasan, atau pengaplikasian pelumas yang tidak merata dapat memperburuk ketidakseragaman deformasi, mempengaruhi peningkatan porositas.

---

2. Tindakan Perbaikan Sistematis untuk Porositas Pusat pada Cakram Aluminium Canai Panas

Diperlukan rencana perbaikan yang komprehensif, mengatasi seluruh proses dari sumber peleburan/pengecoran, optimasi proses pengerolan panas, perbaikan perlakuan pendinginan/panas, untuk peralatan dan manajemen.

2.1 Tahap Peleburan dan Pengecoran: Mengurangi Porositas Ingot Asli pada Sumbernya

Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan kebersihan lelehan, mengoptimalkan proses solidifikasi, dan meningkatkan feeding dan degassing.

2.1.1 Optimalkan Proses Pemurnian Leleh

• Degassing yang Ditingkatkan: Menggunakan gas inert berputar (Ar/N₂) degassing injeksi, mengendalikan waktu, kecepatan rotor, dan aliran gas untuk memastikan kandungan hidrogen dikurangi di bawah 0.12 ml/100 gram. Tambahkan agen degassing yang efisien jika perlu.
• Pembuangan dan Penyaringan Sampah yang Ketat: Biarkan lelehannya mengendap ≥30 menitsetelah mencair; menggunakan filter busa keramik (30-50 ppi)​ atau filtrasi lapisan dalam untuk menghilangkan inklusi non-logam.
• Kontrol Parameter Peleburan dan Penahanan: Suhu leleh: 720-750℃; Waktu penahanan: ≤2 jam; Gunakan penutup fluks atau pelindung gas inert di seluruh bagiannya.

2.1.2 Optimalkan Proses Pengecoran

• Kontrol Suhu dan Kecepatan Pengecoran: Suhu pengecoran: 50-80℃ di atas likuidus; Sesuaikan kecepatan casting sesuai dengan ukuran ingot (lebih lambat untuk ingot yang lebih besar).
• Mengoptimalkan Sistem Pendinginan: Mengambil teknologi pendinginan seragamuntuk meminimalkan perbedaan laju pendinginan antara permukaan dan pusat. Untuk ingot besar, pendinginan tersegmentasidapat digunakan.
• Tingkatkan Desain Pemberian Makan: Menggunakan anak tangga isolasi atau eksotermik, mengikuti prinsip “solidifikasi terarah”. Pengadukan elektromagnetikdapat digunakan untuk memecah dendrit dan meningkatkan aliran lelehan.
• Tambahkan Pemurni Gandum: Menambahkan Pemurni Al-Ti-B atau Al-Ti-C, mengendalikan konten Ti ke 0.05-0.25%.

2.1.3 Annealing Homogenisasi Ingot Sempurna

• Suhu Anneal: 0.9-0.95 suhu solidus​ (misalnya, ~580-600℃ untuk 1050 paduan).
• Waktu Penahanan: 4-8 H​ (tergantung pada ukuran ingot dan jenis paduan).
• Metode Pendinginan: Pendinginan tungku atau pendingin udarasetelah anil.

Meja 1: Titik Kontrol Utama dalam Proses Peleburan dan Pengecoran

2.2 Panggung Bergulir Panas: Mengoptimalkan Proses Penyembuhan Porositas yang Efektif

Intinya adalah menerapkan tegangan tekan triaksial yang cukup ke pusat melalui reduksi yang wajar, suhu, dan kontrol kecepatan.

2.2.1 Distribusi Tingkat Pengurangan yang Rasional

• Pengurangan Total: Memastikan ≥70%​ (misalnya, dari ingot 200mm hingga cakram ≤60mm). Untuk paduan seri 7XXX, ≥75%direkomendasikan.
• Optimasi Pengurangan Lulus: Mengadopsi prinsip “awalnya kecil, besar di tengahnya, stabil pada akhirnya“:
  • Umpan Awal: 10–15%, untuk memecahkan butiran kasar permukaan dan mengurangi resistensi.
  • Lintasan Tengah: 20–30%, untuk menerapkan deformasi yang kuat ke pusat, mempromosikan penyembuhan.
  • Umpan Terakhir: 5–10%, untuk mengontrol akurasi dimensi dan penyelesaian permukaan.
• Penggulungan Reduksi Tinggi: Tingkatkan reduksi satu jalur jika peralatan memungkinkan untuk meningkatkan tekanan hidrostatik di pusat.

2.2.2 Kontrol Suhu Penggulungan yang Tepat

• Suhu Penggulungan Awal: 450–500℃​ (disesuaikan per paduan, misalnya, 460–480℃ untuk seri 3XXX).
• Menyelesaikan Suhu Penggulungan: 300–350℃untuk menghindari pengerasan kerja (terlalu rendah) atau pengerasan butir (terlalu tinggi). Pemanasan ulang antar lintasan diperlukan untuk mempertahankan suhu penampang yang seragam.

2.2.3 Optimalkan Kecepatan Penggilingan dan Pelumasan

• Strategi Kecepatan Bergulir: “Kecepatan rendah untuk menggigit, kecepatan sedang untuk bergulir, kecepatan tinggi untuk pengiriman”.
• Pelumasan: Menggunakan pelumas hot rolling yang efisien​ disemprotkan secara merata untuk mengurangi gesekan dan memastikan deformasi yang seragam.

Meja 2: Optimalisasi Parameter Proses Core Hot Rolling

2.3 Pendinginan dan Perlakuan Panas: Menstabilkan Struktur, Mencegah Terulangnya Porositas

2.3.1 Kontrol Laju Pendinginan Pasca Penggulungan

• Mengambil pendinginan lambat dan seragam​ (pendingin udara atau penumpukan), menghindari air langsung/pendinginan untuk meminimalkan tekanan termal yang dapat membuka kembali pori-pori yang telah sembuh.

2.3.2 Perlakuan Panas Selanjutnya yang Sempurna

• anil (misalnya, 350-400℃ untuk 3seri XXX) dapat diterapkan sesuai kebutuhan untuk menghilangkan stres, menstabilkan struktur, dan selanjutnya menyembuhkan porositas sisa. Dinginkan perlahan setelah anil.

2.4 Peralatan dan Manajemen: Memastikan Eksekusi Proses yang Stabil

• Pemeliharaan Peralatan & Peningkatan: Periksa pabrik secara berkala, tungku, sistem pendingin. Tingkatkan ke pabrik presisi tinggi, tungku cerdas jika perlu.
• Operasi Standar & Pemantauan Proses: Mengembangkan SOP. Melaksanakan inspeksi online (misalnya, pengujian ultrasonik) untuk pemantauan kualitas internal secara real-time.
• Pelatihan Personil & Kontrol Kualitas: Meningkatkan pelatihan operator. Menetapkan sistem pengambilan sampel kualitas proses penuh.

---

3. Verifikasi Efektivitas Peningkatan dan Pengendalian Mutu

Membangun sistem inspeksi dan verifikasi kualitas ilmiah untuk memastikan efektivitas langkah-langkah perbaikan.

1. Pemeriksaan Makrostruktural

   Bagian, mengetsa, dan amati area tengahnya. Nilai tingkat porositas menurut standar nasional (misalnya, GB/T 3246.1), penargetan Nilai 1 atau lebih rendah.

2. Pengujian Ultrasonik (UT)

   Melakukan 100% inspeksi ultrasonik untuk memastikan tidak ada cacat yang melebihi standar.

3. Pengujian Properti Mekanik

   Uji kekuatan tarik, kekuatan hasil, dan perpanjangan untuk memverifikasi perbaikan.

4. Ketertelusuran Parameter Proses

   Buat database parameter produksi untuk melacak parameter utama untuk setiap batch, memungkinkan optimalisasi proses berkelanjutan.

Meja 3: Metode Pemeriksaan Mutu dan Standar Porositas Pusat

---

4. Kesimpulan

Meningkatkan porositas tengah pada cakram aluminium canai panas adalah proyek sistematis yang berfokus pada tiga aspek utama:

1. Kontrol Cacat pada Sumber Ingot: Memperkuat pemurnian lelehan, mengoptimalkan pemadatan dan pemberian makan, anil homogenisasi sempurna.
2. Optimasi Inti Proses Hot Rolling: Pastikan pengurangan total yang cukup (≥70%), mendistribusikan tiket secara rasional, dan secara tepat mengontrol suhu dan kecepatan.
3. Stabilkan Struktur pada Pendinginan Berikutnya: Gunakan pendinginan lambat yang seragam, dikombinasikan dengan perlakuan panas yang tepat untuk mencegah tekanan internal dan cacat struktural.

Perusahaan harus mengembangkan rencana proses yang disesuaikan berdasarkan peralatan mereka sendiri, jenis paduan, dan spesifikasi produk. Melalui pemeriksaan terus menerus, optimasi, dan manajemen halus proses penuh, masalah porositas pusat dapat diselesaikan secara mendasar, memungkinkan produksi berkualitas tinggi, cakram aluminium canai panas yang sangat stabil untuk memenuhi persyaratan kualitas yang semakin ketat di industri hilir.