Analisis Punca dan Langkah Penambahbaikan untuk Keliangan Pusat dalam Cakera Aluminium Gelek Panas

Cakera aluminium canai panas ialah produk perantaraan utama dalam rantaian industri pemprosesan aluminium, digunakan secara meluas dalam bidang mewah seperti alat memasak, peralatan elektrik, kereta, dan aeroangkasa. Kualiti dalaman mereka secara langsung menentukan sifat mekanikal, kebolehbaburan, dan hayat perkhidmatan produk akhir. Keliangan pusatadalah salah satu kecacatan dalaman yang paling biasa dalam cakera aluminium canai panas, dimanifestasikan sebagai baik, liang bertaburan atau struktur longgar di kawasan tengah. Ia mengurangkan ketumpatan bahan dengan ketara, kekuatan, dan keplastikan, dan dengan mudah boleh menjadi punca keretakan dalam proses seterusnya, membawa kepada peningkatan kadar penolakan produk dan kos pengeluaran. Oleh itu, menganalisis secara sistematik mekanisme pembentukan keliangan pusat dan membangunkan langkah penambahbaikan saintifik adalah nilai kejuruteraan yang hebat untuk meningkatkan kualiti produk dan mengukuhkan daya saing perusahaan.

---

1. Analisis Punca Keliangan Pusat dalam Cakera Aluminium Gelek Panas

Keliangan pusat adalah hasil gabungan kesan proses dan evolusi mikrostruktur sepanjang keseluruhan rantaian pengeluaran, termasuk peleburan/pemutus, bergolek panas, dan penyejukan. Puncanya boleh diringkaskan kepada empat kategori berikut:

1.1 Pewarisan dan Pengekalan Kecacatan Asal dalam Jongkong

Bahan suapan untuk cakera canai panas ialah jongkong aluminium tuang separa berterusan. Keliangan asal dalam jongkong adalah sumber utama.

1. Pemakanan Tidak Mencukupi untuk Pengecutan Pemejalan

   Aloi aluminium mengalami penguncupan isipadu lebih kurang 6%–7% semasa pemejalan. Jika pemejalan akhir pusat jongkong dihalang oleh cangkerang yang telah menjadi pepejal, sisa cecair antara dendrit menjadi terpencil, dan rongga pengecutan tidak boleh diisi, membentuk keliangan pengecutan-bentuk yang paling dominan.

2. Evolusi dan Perangkap Gas

   Aluminium cair mudah menyerap hidrogen semasa pencairan dan pegangan. Selepas pemejalan, keterlarutan hidrogen menurun secara mendadak, dan hidrogen supertepu memendakan sebagai gelembung. Jika buih tidak dapat terapung dalam masa dan disekat oleh rangkaian dendritik, keliangan gasborang-borang, memburukkan lagi kecacatan apabila digabungkan dengan keliangan pengecutan.

3. Struktur Pemejalan Tidak Seragam

   Semasa tuangan separa berterusan, permukaan jongkong menyejuk dengan cepat manakala bahagian tengah menyejuk perlahan, membentuk struktur “butiran halus di permukaan, bijirin kasar di tengah.” Butiran kasar dan dendrit yang berkembang di tengah menghalang penyusuan dan pembuangan gas, dan membawa kepada kesukaran dalam penyembuhan keliangan semasa penggulungan panas akibat ubah bentuk yang tidak sekata.

4. Kesan Kemasukan dan Pengasingan

   Kemasukan (mis., alumina) dalam aluminium cair boleh bertindak sebagai tapak nukleasi untuk buih dan menghalang aliran cair. Pengasingan (mis., pengayaan zat terlarut) di kawasan tengah mengubah tingkah laku pemejalan tempatan, meningkatkan lagi kecenderungan untuk keliangan.

1.2 Parameter Proses Gulungan Panas yang Tidak Munasabah

Gulungan panas adalah proses utama untuk menyembuhkan keliangan. Parameter yang tidak betul bukan sahaja boleh gagal untuk menghapuskan kecacatan asal tetapi juga menyebabkan yang baru.

1. Jumlah Pengurangan Tidak Mencukupi

   Jumlah pengurangan rolling yang terlalu rendah (biasanya <60%) mengakibatkan ubah bentuk yang tidak mencukupi di tengah, aliran logam yang tidak mencukupi, dan menghalang rongga berliang asal daripada dipadatkan dan sembuh, membawa terus kepada pengekalan mereka.

2. Agihan Pengurangan Pas yang Tidak Seimbang

   Pengurangan yang berlebihan dalam hantaran awal dan yang tidak mencukupi kemudian, atau ubah bentuk tertumpu hanya pada permukaan, menghalang pusat daripada menerima tegasan mampatan triaksial yang mencukupi; pengurangan yang tidak mencukupi dalam pas kemudian juga boleh menyebabkan keliangan tidak sembuh.

3. Kawalan Suhu Berguling yang Tidak Betul
   • Suhu terlalu rendah: Keplastikan aloi aluminium berkurangan, rintangan ubah bentuk meningkat, membuat ubah bentuk di tengah sukar, membawa kepada kesan penyembuhan yang lemah dan kecenderungan untuk menyebabkan kerja keras dan retak.
   • Suhu terlalu tinggi: Pengkasaran bijirin berlaku, dan kecairan logam yang berlebihan boleh menyebabkan “terbakar” atau ketidakhomogenan struktur di tengah, yang memudaratkan pembaikan keliangan.
4. Kelajuan Berguling dan Pelinciran yang Tidak Munasabah

   Kelajuan guling yang berlebihan memendekkan masa ubah bentuk, menghalang aliran yang mencukupi di tengah; pelinciran yang tidak mencukupi meningkatkan geseran, menyebabkan ubah bentuk permukaan yang lebih besar daripada pusat, ketakhomogenan ubah bentuk yang memburukkan.

1.3 Kecacatan dalam Proses Penyejukan dan Rawatan Haba

Penyejukan selepas bergolek dan rawatan haba berikutnya secara langsung menjejaskan keadaan sembuh dan kestabilan struktur.

1. Kadar Penyejukan Tidak Seragam

   Penyejukan yang berlebihan (mis., pelindapkejutan air langsung) menyebabkan pengecutan permukaan yang cepat manakala bahagian tengah ketinggalan, menjana tekanan dalaman yang tinggi yang boleh membuka semula pori-pori yang telah sembuh. Penyejukan perlahan boleh menyebabkan bijirin menjadi kasar, mengurangkan ketumpatan.

2. Penyepuhlindapan homogenisasi yang tidak mencukupi

   Penyepuhlindapan homogenisasi jongkong sebelum penggelek panas bertujuan untuk menghapuskan pengasingan dendritik dan meningkatkan keseragaman mikrostruktur. Jika suhu penyepuhlindapan terlalu rendah atau masa pegangan tidak mencukupi, fasa bukan keseimbangan tidak larut sepenuhnya, dan keliangan dan pengasingan asal diwarisi oleh cakera canai panas.

3. Penyejukan Tidak Betul Selepas Penyepuhlindapan

   Penyejukan pantas menjana tegasan dalaman dan menyediakan masa yang tidak mencukupi untuk resapan atom; penyejukan yang terlalu perlahan boleh menyebabkan bijirin menjadi kasar.

1.4 Peralatan dan Faktor Operasi

Ketepatan peralatan dan penyeragaman operasi secara tidak langsung mempengaruhi kawalan keliangan.

1. Ketegaran Kilang Tidak Mencukupi

   Ketegaran rendah pendirian kilang gelek membawa kepada ubah bentuk keanjalan yang ketara semasa bergolek, mengakibatkan ketebalan papak tidak sekata dan ubah bentuk yang tidak mencukupi di tengah.

2. Pemanasan Papak yang Tidak Sekata

   Penyimpangan kawalan suhu dalam relau pemanasan semula atau peletakan papak yang tidak betul menyebabkan kecerunan suhu merentasi keratan rentas jongkong, membawa kepada ubah bentuk yang tidak sekata semasa bergolek.

3. Operasi tidak standard

   Isu seperti slab berkeliaran semasa bergolek, kehilangan suhu yang berlebihan antara pas, atau penggunaan pelincir yang tidak sekata semuanya boleh memburukkan ketidakseragaman ubah bentuk, menjejaskan peningkatan keliangan.

---

2. Langkah Penambahbaikan Sistematik untuk Keliangan Pusat dalam Cakera Aluminium Gelek Panas

Pelan penambahbaikan yang komprehensif diperlukan, menangani keseluruhan proses daripada sumber lebur/tuang, pengoptimuman proses rolling panas, penyejukan/pembaikan rawatan haba, kepada peralatan dan pengurusan.

2.1 Peringkat Lebur dan Tuangan: Mengurangkan Keliangan Ingot Asal pada Sumber

Objektif teras adalah untuk meningkatkan kebersihan cair, mengoptimumkan proses pemejalan, dan meningkatkan penyusuan dan penyahgas.

2.1.1 Optimumkan Proses Penapisan Cair

• Degassing yang Dipertingkatkan: guna gas lengai berputar (Ar/N₂) suntikan degassing, mengawal masa, kelajuan pemutar, dan aliran gas untuk memastikan kandungan hidrogen dikurangkan kepada di bawah 0.12 mL/100g. Tambah agen penyahgas yang cekap jika perlu.
• Penyingkiran dan Penapisan kotoran yang ketat: Biarkan cair mendap ≥30 minselepas cair; guna penapis buih seramik (30-50 ppi)atau penapisan katil dalam untuk membuang kemasukan bukan logam.
• Kawal Parameter Lebur dan Pegangan: Suhu lebur: 720-750℃; Masa memegang: ≤2 j; Gunakan penutup fluks atau perlindungan gas lengai sepanjang masa.

2.1.2 Optimumkan Proses Casting

• Kawal Suhu dan Kelajuan Casting: Suhu tuangan: 50-80℃ di atas liquidus; Laraskan kelajuan tuangan mengikut saiz jongkong (lebih perlahan untuk jongkong yang lebih besar).
• Optimumkan Sistem Penyejukan: Mengamalkan teknologi penyejukan seragamuntuk meminimumkan perbezaan kadar penyejukan antara permukaan dan pusat. Untuk jongkong besar, penyejukan bersegmenboleh digunakan.
• Tingkatkan Reka Bentuk Pemakanan: guna penebat atau penaik eksotermik, mengikut prinsip “pemejalan arah”. Kacau elektromagnetboleh digunakan untuk memecah dendrit dan menggalakkan aliran cair.
• Tambah Penapis Bijirin: Tambah Penapis Al-Ti-B atau Al-Ti-C, mengawal kandungan Ti untuk 0.05-0.25%.

2.1.3 Penyepuhlindapan Homogenisasi Ingot Sempurna

• Suhu Penyepuhlindapan: 0.9-0.95 daripada suhu pepejal, (mis., ~580-600℃ untuk 1050 aloi).
• Masa Menahan: 4-8 h, (bergantung pada saiz jongkong dan jenis aloi).
• Kaedah Penyejukan: Penyejukan relau atau penyejukan udaraselepas penyepuhlindapan.

Jadual 1: Titik Kawalan Utama dalam Proses Pencairan dan Tuangan

2.2 Panggung Guling Panas: Mengoptimumkan Proses untuk Penyembuhan Keliangan Berkesan

Intinya adalah untuk menggunakan tegasan mampatan triaksial yang mencukupi ke pusat melalui pengurangan yang munasabah, suhu, dan kawalan kelajuan.

2.2.1 Taburan Rasional Kadar Pengurangan

• Jumlah Pengurangan: pastikan ≥70%, (mis., daripada jongkong 200mm kepada cakera ≤60mm). Untuk aloi siri 7XXX, ≥75%adalah disyorkan.
• Pengoptimuman Pengurangan Lulus: Mengamalkan prinsip “kecil pada mulanya, besar di tengah, stabil pada akhirnya“:
  • Pas Permulaan: 10–15%, untuk memecahkan butiran kasar permukaan dan mengurangkan rintangan.
  • Pas Tengah: 20–30%, untuk menggunakan ubah bentuk yang kuat ke pusat, menggalakkan penyembuhan.
  • Hantaran Akhir: 5–10%, untuk mengawal ketepatan dimensi dan kemasan permukaan.
• Pengurangan Tinggi Rolling: Tingkatkan pengurangan satu laluan di mana peralatan membenarkan untuk meningkatkan tekanan hidrostatik di tengah.

2.2.2 Kawalan Tepat Suhu Bergolek

• Suhu Rolling Permulaan: 450–500 ℃, (dilaraskan setiap aloi, mis., 460–480 ℃ untuk siri 3XXX).
• Suhu Penggulungan Penamat: 300–350 ℃untuk mengelakkan kerja keras (terlalu rendah) atau kasar bijirin (terlalu tinggi). Pemanasan semula antara pas diperlukan untuk mengekalkan suhu keratan rentas seragam.

2.2.3 Optimumkan Kelajuan Rolling dan Pelinciran

• Strategi Kelajuan Berguling: “Kelajuan rendah untuk menggigit, kelajuan sederhana untuk bergolek, kelajuan tinggi untuk penghantaran”.
• Pelinciran: guna pelincir gelek panas yang cekapdisembur sama rata untuk mengurangkan geseran dan memastikan ubah bentuk seragam.

Jadual 2: Pengoptimuman Parameter Proses Gulungan Panas Teras

2.3 Penyejukan dan Rawatan Haba: Menstabilkan Struktur, Mencegah Keliangan Berulang

2.3.1 Kawal Kadar Penyejukan Selepas Gulingan

• Mengamalkan penyejukan perlahan dan seragam, (penyejukan udara atau susun), mengelakkan penyejukan air/pelindapkejutan terus untuk meminimumkan tekanan haba yang boleh membuka semula pori-pori yang telah pulih.

2.3.2 Rawatan Haba Selepas Yang Sempurna

• Penyepuhlindapan (mis., 350-400℃ untuk 3Siri XXX) boleh digunakan mengikut keperluan untuk melegakan tekanan, menstabilkan struktur, dan seterusnya menyembuhkan keliangan sisa. Sejukkan perlahan-lahan selepas penyepuhlindapan.

2.4 Peralatan dan Pengurusan: Memastikan Pelaksanaan Proses Yang Stabil

• Penyelenggaraan Peralatan & Naik taraf: Periksa kilang secara berkala, relau, sistem penyejukan. Naik taraf kepada kilang berketepatan tinggi, relau pintar jika perlu.
• Operasi Standard & Pemantauan Proses: Membangunkan SOP. Melaksanakan pemeriksaan dalam talian (mis., ujian ultrasonik) untuk pemantauan kualiti dalaman masa nyata.
• Latihan Kakitangan & Kawalan kualiti: Tingkatkan latihan pengendali. Wujudkan sistem persampelan kualiti proses penuh.

---

3. Pengesahan Keberkesanan Penambahbaikan dan Kawalan Kualiti

Wujudkan sistem pemeriksaan dan pengesahan kualiti saintifik untuk memastikan keberkesanan langkah penambahbaikan.

1. Peperiksaan Makrostruktur

   Bahagian, goresan, dan perhatikan kawasan tengah. Nilaikan tahap keliangan mengikut piawaian kebangsaan (mis., GB/T 3246.1), penyasaran Gred 1 atau lebih rendah.

2. Ujian Ultrasonik (UT)

   laksanakan 100% pemeriksaan ultrasonik untuk memastikan tiada kecacatan melebihi piawaian.

3. Pengujian Harta Mekanikal

   Uji kekuatan tegangan, kekuatan hasil, dan pemanjangan untuk mengesahkan penambahbaikan.

4. Kebolehkesanan Parameter Proses

   Wujudkan pangkalan data parameter pengeluaran untuk mengesan parameter utama bagi setiap kelompok, membolehkan pengoptimuman proses berterusan.

Jadual 3: Kaedah dan Piawaian Pemeriksaan Kualiti untuk Keliangan Pusat

---

4. Kesimpulan

Meningkatkan keliangan pusat dalam cakera aluminium canai panas ialah projek sistematik yang memfokuskan pada tiga aspek utama:

1. Kawal Kecacatan pada Sumber Jongkong: Menguatkan penapisan cair, mengoptimumkan pemejalan dan pemakanan, penyepuhlindapan homogenisasi yang sempurna.
2. Pengoptimuman Teras Proses Gulungan Panas: Pastikan jumlah pengurangan mencukupi (≥70%), mengagihkan pas secara rasional, dan mengawal suhu dan kelajuan dengan tepat.
3. Stabilkan Struktur dalam Penyejukan Seterusnya: Gunakan penyejukan perlahan seragam, digabungkan dengan rawatan haba yang sesuai untuk mengelakkan tegasan dalaman dan kecacatan struktur.

Perusahaan harus membangunkan rancangan proses yang disesuaikan berdasarkan peralatan mereka sendiri, jenis aloi, dan spesifikasi produk. Melalui pemeriksaan berterusan, pengoptimuman, dan pengurusan halus proses penuh, isu keliangan pusat boleh diselesaikan secara asas, membolehkan pengeluaran yang berkualiti tinggi, cakera aluminium canai panas yang sangat stabil untuk memenuhi keperluan kualiti yang semakin ketat bagi industri hiliran.