Mecanismo e Tecnologia de Prevenção de Trincas nas Bordas em Laminados a Quente 5052 Círculos de Alumínio

5052 liga de alumínio, como a liga de resistência média mais amplamente utilizada na série Al-Mg, ocupa uma posição significativa na construção naval, transporte, eletrônica, e utensílios de cozinha devido à sua excelente resistência à corrosão, soldabilidade, e conformabilidade. No entanto, na produção de círculos laminados a quente, rachaduras nas bordas (divisão de borda)é um defeito central que restringe as taxas de rendimento e a qualidade do produto - manifestando-se, na melhor das hipóteses, como pequenas microfissuras em dente de serra e, na pior, evoluindo para fissuras de espessura total, impossibilitando diretamente os processos subsequentes de laminação a frio e estampagem. Este artigo analisa sistematicamente os principais fatores de influência em toda a cadeia – materiais, lingote, e laminação a quente - com base no mecanismo de formação de fissuras. Propõe uma estratégia abrangente de prevenção e controlo para fornecer apoio técnico à produção estável de produtos de alta qualidade 5052 círculos de alumínio laminados a quente.

1. Mecanismo de formação de rachaduras nas bordas 5052 Círculos de alumínio laminado a quente

1.1 A natureza mecânica da formação de fissuras

O núcleo da fratura na laminação a quente de metal é que a tensão de tração adicional na borda excede a tensão crítica de fratura do material (σ⁺ ≥ σc). Durante a laminação a quente de 5052 círculos, há uma diferença significativa de temperatura e deformação entre o centro e a borda da laje: o centro sofre deformação suficiente com temperatura mais alta, permanecendo em um estado de tensão compressiva; a borda esfria mais rápido com deformação atrasada, gerando tensão de tração adicional. Quando esta tensão de tração excede a resistência crítica à fissuração do material na temperatura atual, microfissuras iniciam nos limites dos grãos ou defeitos e se propagam ao longo da direção da tensão de tração, eventualmente formando rachaduras visíveis nas bordas.

1.2 O “Fragilização de Sódio” Característica de 5052 Liga (Causa Intrínseca)

5052 contém 2,2% –2,8% Mg, classificando-o como uma liga de Al-Mg com alto teor de magnésio. “Fragilização por sódio” é a causa induzida pelo material do núcleo de sua rachadura na borda.

Vestígios de Na (c(Já) > 5×10⁻⁶) adsorver em estado livre nos limites dos grãos durante a solidificação, formando um ponto de fusão baixo (97.7°C) filme líquido, reduzindo significativamente a resistência do contorno do grão e a tensão crítica de fratura σc.
Durante a laminação a quente, o filme líquido nos limites dos grãos racha facilmente sob tensão de tração, e a velocidade de propagação da trinca aumenta significativamente com maior teor de Na (a profundidade da fissura está positivamente correlacionada com o teor de Na).
Além disso, desequilíbrios na relação Fe/Si e segregação de impurezas (por exemplo, fases grosseiras de Al-Fe-Si) exacerbar o enfraquecimento do limite de grão, aumentando a tendência para rachaduras nas bordas.

1.3 Deformação não uniforme durante laminação a quente (Causa Extrínseca)

Não uniformidade de temperatura:A borda do círculo esfria mais rápido, levando a uma maior queda de temperatura e resistência à deformação significativamente maior do que o centro, resultando em tensão de tração adicional concentrada nas bordas.
Coroa e formato de rolo ruim: Coroa de rolo excessivo causa “fivela central,” forçando as bordas a suportar tensões de tração extras e induzindo rachaduras.
Parâmetros de processo incompatíveis: Redução excessiva por passagem, velocidade de rolamento excessivamente alta, e o controle inadequado da tensão agravam a não uniformidade da deformação, amplificando a tensão de tração da borda.
Defeitos inerentes ao lingote: Lingotes com lados não usinados contêm microfissuras subterrâneas, inclusões de escória, ou segregação microestrutural, que se tornam locais de iniciação de trincas e se propagam rapidamente durante a laminação a quente.

2. Principais fatores de influência e características de falha de rachaduras nas bordas

2.1 Fatores materiais e de fusão

Conteúdo excessivo de Na: O risco de fissuras nas bordas aumenta acentuadamente quando(Já) > 5×10⁻⁶; rachaduras severas nas bordas são quase inevitáveis quando w(Já) > 20×10⁻⁶.
Fraco controle de impurezas:Quando Fe < E, fase β frágil (Al₃FeSi) forma facilmente, distribuído ao longo dos limites dos grãos e fraturando a matriz; inclusões grosseiras tornam-se pontos de concentração de tensão.
Refino insuficiente: A desgaseificação incompleta do fundido e a remoção de escória deixam poros residuais e inclusões de óxido, induzindo rachaduras durante a laminação a quente.

2.2 Fatores de preparação de lingotes

Processo de fundição irracional: Temperatura de fundição excessivamente alta, velocidade excessiva, ou resfriamento secundário de água excessivamente forte geram tensões de fundição significativas e rachaduras subterrâneas. As fissuras laterais propagam-se diretamente em fissuras nas arestas durante a laminação a quente.
Homogeneização insuficiente: Temperatura de homogeneização inadequada ou tempo de espera curto impedem a dissolução completa de fases eutéticas fora do equilíbrio, deixando fases frágeis nos limites dos grãos e reduzindo a resistência à trinca.
Má qualidade de escalpelamento: O escalpelamento lateral insuficiente ou fora do padrão não consegue remover defeitos subterrâneos, criando fontes para rachaduras nas bordas.

2.3 Fatores do processo de laminação a quente

Baixa temperatura inicial de laminação:A temperatura de laminação a quente adequada para 5052 é 480–520°C. Abaixo de 460°C, a plasticidade cai e a resistência à deformação aumenta, tornando as bordas propensas a rachaduras.
Redução excessiva por passe:Uma redução de passagem única >25% na fase de desbaste agrava a concentração de tensões de tração nas bordas.
Resfriamento e lubrificação descontrolados: Temperatura de emulsão excessivamente baixa ou pulverização irregular causa resfriamento excessivo da borda; má lubrificação aumenta o atrito, agravamento da não uniformidade da deformação.
Má tensão e controle de rotação da coroa: Tensão traseira excessiva ou coroa de rolo irracional leva diretamente à tensão de tração da borda excedendo os limites.

2.4 Classificação das características de falha de fissura

Rachaduras localizadas nas bordas:Microfissuras pontilhadas/faixas curtas originadas de danos superficiais locais, Na segregação, ou pequenas inclusões.
Quebra de borda regional: Fissuração contínua da borda em dente de serra, muitas vezes devido à incrustação de óxido residual no lingote, resfriamento excessivo localizado, ou deformação não uniformidade.
Rachadura na borda da bobina completa:Profundo, divisões de espessura, causada principalmente pelo teor excessivo de Na, baixa temperatura geral, ou grave incompatibilidade de processo.

3. Tecnologia abrangente de prevenção e controle para rachaduras nas bordas em 5052 Círculos de alumínio laminado a quente

3.1 Derretimento e Fundição: Eliminando “Fragilização de Sódio” e defeitos na fonte

3.1.1 Rigoroso controle de composição química

Controle de conteúdo: Controle rigorosamente as fontes de Na em matérias-primas/materiais auxiliares (por exemplo, Lingotes de mg, agentes de remoção de sódio) para garantir o produto final w(Já) < 5×10⁻⁶; use agentes de refino sem sódio, evitando modificadores de sal de sódio.
Otimize a relação Fe/Si:Controle w(Fé) > c(E), normalmente Fe:E ≥ 1.2, para inibir a formação de fase β frágil.
Limites de Impureza:e(E) ≤ 0.25%, c(Fé) ≤ 0.4%, para reduzir compostos intermetálicos grosseiros.

3.1.2 Otimize o processo de fundição

Temperatura de fundição: 730–750ºC, evitando o superaquecimento que causa o engrossamento dos grãos e a concentração de tensões.
Velocidade de lançamento: Reduza em 10% a 15% para estender o tempo de solidificação e reduzir o estresse de fundição.
Resfriamento Secundário: Reduza a intensidade do resfriamento da água, adotar resfriamento gradiente para minimizar a diferença de temperatura e o estresse térmico entre a superfície do lingote e o núcleo.
Dimensões do Lingote: Controle a relação largura/espessura para evitar resfriamento excessivo das bordas; realizar escalpelamento lateral completo para remover defeitos subterrâneos.

3.1.3 Fortalecer o tratamento de homogeneização

Temperatura de homogeneização: 460–470ºC (evitando queimar), manter por 8–12 h para garantir a dissolução completa das fases de desequilíbrio e estrutura uniforme.
Método de resfriamento: O forno esfria lentamente até abaixo de 300°C antes da remoção para eliminar o estresse de resfriamento.

3.2 Processo de laminação a quente: Controle preciso de temperatura e deformação para reduzir a tensão de tração nas bordas

3.2.1 Controle de temperatura de processo completo

Temperatura inicial de laminação:Desbaste: 490–520ºC, Acabamento: 460–480ºC, garantindo a temperatura da borda ≥450°C para manter uma boa plasticidade.
Uniformidade da temperatura do forno:Calibre regularmente os fornos de aquecimento para garantir a variação da temperatura de aquecimento do lingote ≤ ±10°C, evitando subresfriamento/superaquecimento local.
Controle de queda de temperatura de rolamento: Melhorar a correspondência de velocidade de rolamento, otimizar a temperatura da emulsão (60–80ºC), reduza o tempo de resfriamento do ar para diminuir a taxa de resfriamento da borda.

3.2.2 Otimização de Deformação e Roll Crown

Distribuição de redução de passes: Redução de desbaste em passe único: 15%–22%, Acabamento: 10%–18%, evitando grandes reduções causando deformação não-uniformidade.
Rolar controle da coroa: Use rolos ligeiramente convexos (0.05–0,10mm/m), combinado com tecnologia de dobra de rolo, para suprimir a fivela central e equilibrar a tensão nas bordas.
Sistema de tensão:Empregar rolamento de microtensão (tensão traseira ≤5 MPa) para evitar tensão extra de tração nas bordas; mantenha a tensão de enrolamento constante para evitar picos de tensão que induzam rachaduras.

3.2.3 Resfriamento e Lubrificação Refinados

Pulverização de Emulsão: Controle a largura da pulverização um pouco menor que a largura da serpentina para evitar resfriamento excessivo das bordas; ajuste o ângulo de pulverização para garantir um resfriamento uniforme.
Gestão de Lubrificação: Garanta a concentração da emulsão (3%–5%) e limpeza para reduzir o coeficiente de atrito e minimizar a resistência à deformação irregular.

3.3 Controle de Equipamentos e Processos: Garantindo a estabilidade do processo

Manutenção de rolo: Retifique regularmente os rolos para garantir o acabamento superficial e a precisão dimensional, evitando que defeitos da superfície do rolo sejam transferidos para o produto.
Otimização do rolo da biseladora: Ajuste razoavelmente a pressão lateral do rolo da biseladora para corrigir o desvio da laje e reduzir a tensão de tração local nas bordas.
Monitoramento On-line: Instale a temperatura online, forma, e sistemas de detecção de tensão para ajuste em tempo real dos parâmetros do processo e aviso oportuno de anormalidades.
Produção Limpa: Evitar incrustações de óxido, óleo, e contaminantes nas superfícies dos lingotes entrem no processo de laminação a quente para evitar defeitos superficiais que induzam rachaduras.

4. Verificação dos efeitos da prevenção e melhoria da qualidade

A implementação das medidas de prevenção de todo o processo acima pode alcançar o controle eficaz de rachaduras nas bordas em 5052 círculos de alumínio laminados a quente:

Fim do material:e(Já) controlado de forma estável abaixo de 3×10⁻⁶, Relação Fe/Si otimizada para 1,3–1,5, fases de contorno de grão frágil essencialmente eliminadas.
Fim do Lingote: A tensão de fundição e os defeitos subterrâneos foram significativamente reduzidos, uniformidade da microestrutura após homogeneização melhorou notavelmente.
Extremidade de laminação a quente: Diferença de temperatura da borda controlada dentro de 30°C, tensão de tração adicional reduzida abaixo do valor crítico. A incidência de fissuras nas bordas cai de cima 60% para baixo 5%, com a taxa de rendimento aumentando em 15% –20%.

5. Conclusão e perspectivas

A borda racha 5052 círculos de alumínio laminados a quente resultam da ação combinada do intrínseco “fragilização por sódio” fator material e o fator extrínseco de deformação por laminação a quente não uniforme. O cerne da prevenção reside na: controlando estritamente o conteúdo de Na (c(Já) < 5×10⁻⁶), otimizando a microestrutura do lingote, gerenciando com precisão a temperatura e a deformação da laminação a quente, e equilibrando o estresse da borda. Através da coordenação tecnológica em todo o processo de fusão, fundição e laminação a quente, o problema de rachaduras nas bordas pode ser fundamentalmente resolvido, permitindo a produção estável de produtos de alta qualidade 5052 círculos de alumínio laminados a quente.

Olhando para frente, simulação numérica (por exemplo, DEFORMAR) pode ser ainda mais integrado para otimizar a temperatura de laminação a quente e a distribuição do campo de tensão. O desenvolvimento de sistemas adaptativos de coroa de rolo e controle de tensão pode alcançar prevenção e controle inteligentes de rachaduras nas bordas, promovendo o desenvolvimento de 5052 produção de círculos de alumínio rumo a maior eficiência, estabilidade, e qualidade.