Mekanisme dan Teknologi Pencegahan Retak Tepi dalam Hot-Rolled 5052 Bulatan aluminium

5052 aloi aluminium, sebagai aloi kekuatan sederhana yang paling banyak digunakan dalam siri Al-Mg, memegang jawatan penting dalam pembinaan kapal, pengangkutan, elektronik, dan alat memasak kerana rintangan kakisan yang sangat baik, kebolehkalasan, dan formabiliti. Namun begitu, dalam penghasilan bulatan gulung panas, retak tepi (belah tepi)adalah kecacatan teras yang mengekang kadar hasil dan kualiti produk—memanifestasikan sebagai keretakan mikro gigi gergaji yang paling baik dan berkembang menjadi pecahan ketebalan melalui paling teruk, secara langsung menyebabkan proses rolling sejuk dan pengecapan seterusnya mustahil. Artikel ini menganalisis secara sistematik faktor utama yang mempengaruhi merentas keseluruhan rantai—bahan, jongkong, dan gelek panas—berdasarkan mekanisme pembentukan retak. Ia mencadangkan strategi pencegahan dan kawalan yang komprehensif untuk menyediakan sokongan teknikal untuk pengeluaran stabil berkualiti tinggi 5052 bulatan aluminium canai panas.

1. Mekanisme Pembentukan Retak Tepi dalam 5052 Bulatan Aluminium Gelek Panas

1.1 Sifat Mekanikal Pembentukan Retak

Teras patah dalam rolling panas logam ialah tegasan tegangan tambahan di tepi melebihi tegasan patah kritikal bahan (σ⁺ ≥ σc). Semasa bergolek panas 5052 bulatan, terdapat perbezaan suhu dan ubah bentuk yang ketara antara pusat dan tepi papak: pusat mengalami ubah bentuk yang mencukupi dengan suhu yang lebih tinggi, kekal dalam keadaan tegasan mampatan; tepi menyejuk lebih cepat dengan ubah bentuk ketinggalan, menghasilkan tegasan tegangan tambahan. Apabila tegasan tegangan ini melebihi rintangan retak kritikal bahan pada suhu semasa, retakan mikro bermula pada sempadan bijian atau kecacatan dan merambat sepanjang arah tegasan tegangan, akhirnya membentuk rekahan tepi yang boleh dilihat.

1.2 The “Kerosakan Natrium” Ciri-ciri 5052 Aloi (Sebab Intrinsik)

5052 mengandungi 2.2%–2.8% Mg, mengelaskannya sebagai aloi Al-Mg bermagnesium tinggi. “Kerosakan natrium” adalah punca bahan teras yang menyebabkan rekahan tepinya.

• Surih jumlah Na (w(Sudah) > 5×10⁻⁶) menjerap dalam keadaan bebas pada sempadan butiran semasa pemejalan, membentuk takat lebur rendah (97.7° C.) filem cecair, mengurangkan kekuatan sempadan butiran dan tegasan patah kritikal σc.
• Semasa bergolek panas, filem cecair pada sempadan butiran mudah retak di bawah tegasan tegangan, dan kelajuan perambatan retak meningkat dengan ketara dengan kandungan Na yang lebih tinggi (kedalaman retak berkorelasi positif dengan kandungan Na).
• Tambahan pula, ketidakseimbangan dalam nisbah Fe/Si dan pengasingan kekotoran (mis., fasa Al-Fe-Si kasar) memburukkan lagi kelemahan sempadan bijian, meningkatkan kecenderungan untuk retak tepi.

1.3 Ubah Bentuk Tidak Sekata Semasa Gulungan Panas (Punca Ekstrinsik)

• Suhu Tidak seragam:Tepi bulatan menyejuk lebih cepat, membawa kepada penurunan suhu yang lebih besar dan rintangan ubah bentuk yang jauh lebih tinggi daripada pusat, mengakibatkan tegasan tegangan tambahan tertumpu di tepi.
• Mahkota dan Bentuk Gulungan yang lemah:Punca roll crown yang berlebihan “gesper tengah,” memaksa tepi menanggung tegasan tegangan tambahan dan menyebabkan keretakan.
• Parameter Proses Tidak Padan:Pengurangan yang berlebihan setiap pas, kelajuan rolling yang terlalu tinggi, dan kawalan ketegangan yang tidak betul memburukkan ketidakseragaman ubah bentuk, menguatkan tegasan tegangan tepi.
• Kecacatan ingot yang wujud:Jongkong dengan sisi yang tidak dimesin mengandungi retakan mikro bawah permukaan, kemasukan sanga, atau pengasingan mikrostruktur, yang menjadi tapak permulaan retak dan merambat dengan cepat semasa gelek panas.

2. Faktor Pengaruh Utama dan Ciri Kegagalan Retak Tepi

2.1 Bahan dan Faktor Lebur

• Kandungan Na Berlebihan:Risiko keretakan tepi meningkat secara mendadak apabila w(Sudah) > 5×10⁻⁶; keretakan tepi yang teruk hampir tidak dapat dielakkan apabila w(Sudah) > 20×10⁻⁶.
• Kawalan Kekotoran yang Lemah:Apabila Fe < Dan, fasa β rapuh (Al₃FeSi) mudah terbentuk, diedarkan di sepanjang sempadan butiran dan memecahkan matriks; kemasukan kasar menjadi titik kepekatan tegasan.
• Penapisan yang tidak mencukupi:Penyahgasan cair dan penyingkiran sanga yang tidak lengkap meninggalkan liang sisa dan kemasukan oksida, mendorong keretakan semasa penggulungan panas.

2.2 Faktor Penyediaan Jongkong

• Proses Pemutus Yang Tidak Munasabah:Suhu tuangan yang terlalu tinggi, kelajuan yang berlebihan, atau penyejukan air sekunder yang terlalu kuat menjana tegasan tuangan dan keretakan bawah permukaan yang ketara. Retakan sisi terus merambat menjadi belahan tepi semasa gulingan panas.
• Penghomogenan yang tidak mencukupi:Suhu homogenisasi yang tidak mencukupi atau masa penahanan yang singkat menghalang pembubaran penuh fasa eutektik bukan keseimbangan, meninggalkan fasa rapuh pada sempadan butiran dan mengurangkan rintangan retak.
• Kualiti Scalping yang Lemah:​ Scalping sisi yang tidak mencukupi atau tidak standard gagal menghapuskan kecacatan bawah permukaan, mencipta sumber untuk keretakan tepi.

2.3 Faktor Proses Gulungan Panas

• Suhu Rolling Permulaan Rendah:Suhu rolling panas yang sesuai untuk 5052 ialah 480–520°C. Di bawah 460°C, keplastikan menjunam dan lonjakan rintangan ubah bentuk, membuat tepi mudah retak.
• Pengurangan Berlebihan setiap Pas:Pengurangan satu laluan >25% dalam peringkat kekasaran memburukkan kepekatan tegasan tegangan di tepi.
• Penyejukan dan Pelinciran Tidak Terkawal:Suhu emulsi yang terlalu rendah atau semburan yang tidak rata menyebabkan tepi terlalu sejuk; pelinciran yang lemah meningkatkan geseran, memburukkan ketidakseragaman ubah bentuk.
• Ketegangan Lemah dan Kawalan Mahkota Gulung:Ketegangan belakang yang berlebihan atau mahkota gulung yang tidak munasabah secara langsung membawa kepada tegasan tegangan tepi yang melebihi had.

2.4 Klasifikasi Ciri-ciri Kegagalan Retak

• Retak Tepi Setempat:​ Retak mikro titik/jalur pendek yang berpunca daripada kerosakan permukaan tempatan, Na pengasingan, atau kemasukan kecil.
• Retak Tepi Serantau:Keretakan tepi gigi gergaji berterusan, selalunya disebabkan oleh sisa skala oksida pada jongkong, penyejukan berlebihan setempat, atau ketidakseragaman ubah bentuk.
• Retak Tepi Gegelung Penuh:Dalam, pecahan ketebalan melalui, terutamanya disebabkan oleh kandungan Na yang berlebihan, suhu rendah keseluruhan, atau ketidakpadanan proses yang teruk.

3. Teknologi Pencegahan dan Kawalan Komprehensif untuk Retak Tepi dalam 5052 Bulatan Aluminium Gelek Panas

3.1 Lebur dan pemutus: Menghapuskan “Kerosakan Natrium” dan Kecacatan pada Sumber

3.1.1 Kawalan Komposisi Kimia yang Tegas

• Kawalan Kandungan Na:Kawal ketat sumber Na dalam bahan mentah/bantu (mis., Mg jongkong, agen penyingkiran natrium) untuk memastikan produk akhir w(Sudah) < 5×10⁻⁶; gunakan agen penapisan bebas natrium, mengelakkan pengubah suai garam natrium.
• Optimumkan Nisbah Fe/Si:Kawalan w(Fe) > w(Dan), biasanya Fe:Dan ≥ 1.2, untuk menghalang pembentukan fasa β yang rapuh.
• Had Kekotoran:w(Dan) ≤ 0.25%, w(Fe) ≤ 0.4%, untuk mengurangkan sebatian antara logam kasar.

3.1.2 Optimumkan Proses Casting

• Suhu Pemutus: 730–750°C, mengelakkan terlalu panas yang menyebabkan bijirin menjadi kasar dan kepekatan tegasan.
• Kelajuan Casting: Kurangkan sebanyak 10%–15% untuk memanjangkan masa pemejalan dan mengurangkan tegasan tuangan.
• Penyejukan Sekunder: Kurangkan keamatan penyejukan air, mengguna pakai penyejukan kecerunan untuk meminimumkan perbezaan suhu dan tegasan haba antara permukaan jongkong dan teras.
• Dimensi Jongkong: Kawal nisbah lebar kepada ketebalan untuk mengelakkan penyejukan tepi yang berlebihan; lakukan scalping sisi yang teliti untuk menghilangkan kecacatan bawah permukaan.

3.1.3 Mengukuhkan Rawatan Homogenisasi

• Suhu Homogenisasi: 460–470°C (mengelakkan pembakaran), tahan selama 8–12 jam untuk memastikan pembubaran lengkap fasa bukan keseimbangan dan struktur seragam.
• Kaedah Penyejukan: Relau sejuk perlahan-lahan hingga di bawah 300°C sebelum dikeluarkan untuk menghilangkan tekanan penyejukan.

3.2 Proses Guling Panas: Kawalan Tepat Suhu dan Ubah Bentuk untuk Mengurangkan Tekanan Tegangan Tepi

3.2.1 Kawalan Suhu proses penuh

• Suhu Rolling Permulaan:Mengarut: 490–520°C, Penamat: 460–480°C, memastikan suhu tepi ≥450°C untuk mengekalkan keplastikan yang baik.
• Keseragaman Suhu Relau:​ Kalibrasi relau pemanasan secara kerap untuk memastikan variasi suhu pemanasan jongkong ≤ ±10°C, mengelakkan penyejukan kurang/terlalu panas setempat.
• Kawalan Penurunan Suhu Berguling:Tingkatkan padanan kelajuan rolling, mengoptimumkan suhu emulsi (60–80°C), mengurangkan masa penyejukan udara untuk menurunkan kadar penyejukan tepi.

3.2.2 Ubah bentuk dan Pengoptimuman Roll Crown

• Agihan Pengurangan Pas:Pengurangan laluan tunggal yang kasar: 15%–22%, Penamat: 10%–18%, mengelakkan pengurangan besar yang menyebabkan ubah bentuk tidak seragam.
• Kawalan Mahkota Gulung:Gunakan gulungan yang sedikit cembung (0.05–0.10 mm/m), digabungkan dengan teknologi lenturan gulungan, untuk menekan gancu tengah dan mengimbangi tekanan tepi.
• Sistem Ketegangan:Guna guling ketegangan mikro (ketegangan belakang ≤5 MPa) untuk mengelakkan tekanan tegangan tambahan pada tepi; mengekalkan ketegangan gegelung yang stabil untuk mengelakkan lonjakan ketegangan yang menyebabkan keretakan.

3.2.3 Penyejukan dan Pelinciran Halus

• Penyemburan Emulsi: Kawal lebar semburan kurang sedikit daripada lebar gegelung untuk mengelakkan penyejukan tepi yang berlebihan; laraskan sudut semburan untuk memastikan penyejukan seragam.
• Pengurusan Pelinciran: Pastikan kepekatan emulsi (3%–5%) dan kebersihan untuk mengurangkan pekali geseran dan meminimumkan rintangan ubah bentuk yang tidak sekata.

3.3 Kawalan Peralatan dan Proses: Memastikan Kestabilan Proses

• Penyelenggaraan Roll: Kerap mengisar semula gulungan untuk memastikan kemasan permukaan dan ketepatan dimensi, menghalang kecacatan permukaan gulungan daripada dipindahkan ke produk.
• Pengoptimuman Roll Edger: Laraskan tekanan sisi gulungan edger dengan munasabah untuk membetulkan sisihan papak dan mengurangkan tegasan tegangan setempat pada tepi.
• Pemantauan Dalam Talian: Pasang suhu dalam talian, bentuk, dan sistem pengesanan ketegangan untuk pelarasan masa nyata parameter proses dan amaran keabnormalan tepat pada masanya.
• Pengeluaran Bersih: Cegah skala oksida, minyak, dan bahan cemar pada permukaan jongkong daripada memasuki proses penggulungan panas untuk mengelakkan kecacatan permukaan yang menyebabkan keretakan.

4. Pengesahan Kesan Pencegahan dan Peningkatan Kualiti

Melaksanakan langkah-langkah pencegahan proses penuh di atas boleh mencapai kawalan berkesan terhadap rekahan tepi masuk 5052 bulatan aluminium canai panas:

• Bahan Tamat:w(Sudah) dikawal secara stabil di bawah 3×10⁻⁶, Nisbah Fe/Si dioptimumkan kepada 1.3–1.5, fasa sempadan butiran rapuh pada dasarnya dihapuskan.
• Jongkong Hujung:Tegasan tuangan dan kecacatan bawah permukaan berkurangan dengan ketara, keseragaman mikrostruktur selepas homogenisasi bertambah baik.
• Hujung Bergolek Panas:Perbezaan suhu tepi dikawal dalam 30°C, tegasan tegangan tambahan dikurangkan di bawah nilai kritikal. Insiden keretakan tepi menurun dari atas 60% ke bawah 5%, dengan kadar hasil meningkat sebanyak 15%–20%.

5. Kesimpulan dan Tinjauan

Tepi retak masuk 5052 bulatan aluminium gelek panas terhasil daripada tindakan gabungan intrinsik “pengelasan natrium” faktor bahan dan faktor ubah bentuk gelek panas tidak seragam ekstrinsik. Teras pencegahan terletak pada: mengawal ketat kandungan Na (w(Sudah) < 5×10⁻⁶), mengoptimumkan struktur mikro jongkong, tepat menguruskan suhu rolling panas dan ubah bentuk, dan mengimbangi tekanan tepi. Melalui penyelarasan teknologi merentas keseluruhan proses peleburan—pemutus—penggelek panas, masalah keretakan tepi boleh diselesaikan secara asas, membolehkan pengeluaran stabil berkualiti tinggi 5052 bulatan aluminium canai panas.

Memandang ke hadapan, simulasi berangka (mis., DEFORM) boleh disepadukan lagi untuk mengoptimumkan suhu gelek panas dan pengagihan medan tegasan. Membangunkan mahkota roll penyesuaian dan sistem kawalan ketegangan boleh mencapai pencegahan pintar dan kawalan retakan tepi, menggalakkan pembangunan 5052 pengeluaran bulatan aluminium ke arah kecekapan yang lebih tinggi, kestabilan, dan berkualiti.