Механизм и технология предотвращения краевых трещин в горячекатаном прокате 5052 Алюминиевые круги

5052 алюминиевый сплав, как наиболее широко используемый сплав средней прочности из серии Al-Mg., занимает значительное положение в судостроении, транспорт, электроника, и кухонная посуда благодаря своей превосходной устойчивости к коррозии, свариваемость, и формуемость. Однако, в производстве горячекатаных кругов, растрескивание края (раскол края) является основным дефектом, который ограничивает производительность и качество продукции. В лучшем случае он проявляется в виде незначительных пилообразных микротрещин, а в худшем — в трещины по всей толщине., непосредственно делая невозможными последующие процессы холодной прокатки и штамповки. В данной статье систематически анализируются ключевые факторы, влияющие на всю цепочку — материальные, слиток, и горячая прокатка — по механизму образования трещин.. Он предлагает комплексную стратегию профилактики и контроля для обеспечения технической поддержки стабильного производства высококачественной продукции. 5052 горячекатаные алюминиевые круги.

1. Механизм образования краевых трещин в 5052 Горячекатаные алюминиевые круги

1.1 Механическая природа образования трещин

Основой разрушения при горячей прокатке металла является то, что дополнительное растягивающее напряжение на кромке превышает критическое напряжение разрушения материала (σ⁺ ≥ σc). При горячей прокатке 5052 круги, между центром и краем плиты существует значительная разница температур и деформаций: центр подвергается достаточной деформации при более высокой температуре, пребывание в сжимающем напряженном состоянии; кромка остывает быстрее с запаздывающей деформацией, создание дополнительного растягивающего напряжения. Когда это растягивающее напряжение превышает критическую трещиностойкость материала при текущей температуре., микротрещины возникают на границах зерен или дефектах и распространяются вдоль направления растягивающего напряжения., со временем образуются видимые трещины по краям.

1.2 The “Натриевое охрупчивание” Характеристика 5052 Сплав (Внутренняя причина)

5052 содержит 2,2–2,8% Mg, классифицируя его как сплав Al-Mg с высоким содержанием магния.. “Натриевое охрупчивание” является причиной растрескивания краев, вызванной материалом сердцевины..

Следовые количества Na (ш(Уже) > 5×10⁻⁶) адсорбируются в свободном состоянии на границах зерен при затвердевании, образуя легкоплавкий (97.7°С) жидкая пленка, значительно снижая прочность границ зерен и критическое напряжение разрушения σc.
Во время горячей прокатки, жидкая пленка на границах зерен легко трескается под действием растягивающего напряжения, причем скорость распространения трещин значительно возрастает с увеличением содержания Na. (глубина трещины положительно коррелирует с содержанием Na).
Более того, дисбаланс в соотношении Fe/Si и сегрегация примесей (например, грубые фазы Al-Fe-Si) усугубить ослабление границ зерен, увеличение склонности к растрескиванию кромок.

1.3 Неравномерная деформация при горячей прокатке (Внешняя причина)

Неравномерность температуры: Край круга остывает быстрее, что приводит к большему перепаду температуры и значительно более высокой стойкости к деформации, чем в центре, что приводит к концентрированному дополнительному растягивающему напряжению по краям.
Плохая коронка и форма рулона:Причины чрезмерного крена “центральная пряжка,” принуждение кромок к дополнительному растягивающему напряжению и образование трещин.
Несовпадающие параметры процесса:Чрезмерное уменьшение за проход, слишком высокая скорость прокатки, и неправильный контроль натяжения усугубляют неравномерность деформации., усиление растягивающего напряжения на кромке.
Собственные дефекты слитков: Слитки с необработанными сторонами содержат подповерхностные микротрещины., шлаковые включения, или микроструктурная сегрегация, которые становятся местами зарождения трещин и быстро распространяются во время горячей прокатки..

2. Ключевые факторы, влияющие на краевые трещины, и характеристики разрушения

2.1 Материал и факторы плавления

Чрезмерное содержание Na: Риск растрескивания кромок резко возрастает, когда w(Уже) > 5×10⁻⁶; сильное растрескивание кромок почти неизбежно, когда w(Уже) > 20×10⁻⁶.
Плохой контроль примесей:Когда Фе < И, хрупкая β-фаза (Аль₃ФеСи) легко образует, распределяется по границам зерен и разрушает матрицу; крупные включения становятся точками концентрации напряжений.
Недостаточная переработка: Неполная дегазация расплава и удаление шлака оставляют остаточные поры и оксидные включения., образование трещин при горячей прокатке.

2.2 Факторы подготовки слитков

Необоснованный процесс кастинга:Чрезмерно высокая температура литья, чрезмерная скорость, или слишком сильное вторичное водяное охлаждение приводит к значительным литейным напряжениям и образованию подповерхностных трещин.. Боковые трещины непосредственно переходят в трещины кромок во время горячей прокатки..
Недостаточная гомогенизация: Недостаточная температура гомогенизации или короткое время выдержки препятствуют полному растворению неравновесных эвтектических фаз., оставляя хрупкие фазы на границах зерен и снижая трещиностойкость.
Плохое качество скальпинга: Недостаточная или нестандартная боковая обработка не позволяет устранить подповерхностные дефекты., создание источников растрескивания кромок.

2.3 Факторы процесса горячей прокатки

Низкая начальная температура прокатки:Подходящая температура горячей прокатки для 5052 составляет 480–520°С. Ниже 460°С, резко падает пластичность и резко возрастает сопротивление деформированию, делая края склонными к растрескиванию.
Чрезмерное снижение за проход: Сокращение за один проход >25% на черновой стадии усиливает концентрацию растягивающих напряжений на кромках.
Неконтролируемое охлаждение и смазка: Чрезмерно низкая температура эмульсии или неравномерное распыление приводят к переохлаждению кромки.; плохая смазка увеличивает трение, ухудшение неравномерности деформации.
Плохое натяжение и контроль крена коронки:Чрезмерное обратное натяжение или необоснованная выпуклость валка напрямую приводит к превышению предельных значений растягивающего напряжения на кромке..

2.4 Классификация характеристик трещинного разрушения

Локализованное растрескивание краев: Точки/короткие микротрещины, возникающие в результате локальных повреждений поверхности., сегрегация, или небольшие включения.
Региональное растрескивание границ: Непрерывное растрескивание пилообразной кромки, часто из-за остаточной оксидной окалины на слитке, локальное чрезмерное охлаждение, или неравномерность деформации.
Полное растрескивание края катушки:Глубокий, разрезы по толщине, в первую очередь вызвано чрезмерным содержанием Na, общая низкая температура, или серьезное несоответствие процесса.

3. Комплексная технология предотвращения и контроля трещин на кромках 5052 Горячекатаные алюминиевые круги

3.1 Плавка и литье: Устранение “Натриевое охрупчивание” и дефекты в источнике

3.1.1 Строгий контроль химического состава

Контроль контента: Строго контролировать источники Na в сырье/вспомогательных материалах. (например, Мг слитки, средства для удаления натрия) чтобы гарантировать конечный продукт(Уже) < 5×10⁻⁶; использовать рафинирующие агенты, не содержащие натрия, отказ от модификаторов натриевой соли.
Оптимизация соотношения Fe/Si: Контроль ж(Фе) > ш(И), обычно Fe:И ≥ 1.2, ингибировать образование хрупкой β-фазы.
Пределы примесей: ш(И) ≤ 0.25%, ш(Фе) ≤ 0.4%, для уменьшения грубых интерметаллических соединений.

3.1.2 Оптимизация процесса литья

Температура литья: 730–750°С, избегать перегрева, вызывающего укрупнение зерна и концентрацию напряжений.
Скорость каста: Уменьшите на 10–15 %, чтобы продлить время затвердевания и снизить литейное напряжение..
Вторичное охлаждение: Уменьшить интенсивность водяного охлаждения, применить градиентное охлаждение, чтобы минимизировать разницу температур и термическое напряжение между поверхностью слитка и сердечником.
Размеры слитка: Контролируйте соотношение ширины и толщины, чтобы избежать чрезмерного охлаждения кромок.; выполнить тщательную боковую скальпацию для устранения подповерхностных дефектов.

3.1.3 Усиление обработки гомогенизации

Температура гомогенизации: 460–470°С (избегая горения), выдержать 8–12 ч для обеспечения полного растворения неравновесных фаз и однородной структуры..
Метод охлаждения: Перед снятием печи медленно охладите ее до температуры ниже 300°C, чтобы избежать нагрузки на охлаждение..

3.2 Процесс горячей прокатки: Точный контроль температуры и деформации для снижения растягивающего напряжения кромки

3.2.1 Полный контроль температуры процесса

Начальная температура прокатки: Черновая обработка: 490–520°С, Отделка: 460–480°С, обеспечение температуры кромки ≥450°C для сохранения хорошей пластичности.
Равномерность температуры печи: Регулярно калибруйте нагревательные печи, чтобы обеспечить изменение температуры нагрева слитка ≤ ±10°C., избежание локального переохлаждения/перегрева.
Контроль падения температуры прокатки:Улучшение соответствия скорости прокатки, оптимизировать температуру эмульсии (60–80°С), уменьшите время воздушного охлаждения, чтобы снизить скорость охлаждения кромок.

3.2.2 Оптимизация деформации и крена

Распределение пропусков: Черновая обработка за один проход: 15%–22%, Отделка: 10%–18%, избежание больших сокращений, вызывающих неравномерность деформации.
Управление поворотной коронкой: Используйте слегка выпуклые роллы. (0.05–0,10 мм/м), в сочетании с технологией гибки валками, для подавления центральной пряжки и балансировки краевого напряжения.
Система натяжения:Используйте прокатку с микронатяжением (обратное напряжение ≤5 МПа) во избежание дополнительных растягивающих напряжений на краях; поддерживайте постоянное натяжение намотки, чтобы предотвратить скачки напряжения, вызывающие трещины.

3.2.3 Улучшенное охлаждение и смазка

Эмульсионное распыление: Контролируйте ширину распыления немного меньше ширины змеевика, чтобы избежать чрезмерного охлаждения кромок.; отрегулируйте угол распыления, чтобы обеспечить равномерное охлаждение.
Управление смазкой: Обеспечить концентрацию эмульсии (3%–5%) и чистота для снижения коэффициента трения и минимизации сопротивления неравномерной деформации..

3.3 Управление оборудованием и технологическими процессами: Обеспечение стабильности процесса

Обслуживание рулонов: Регулярно перетачивайте валки, чтобы обеспечить чистоту поверхности и точность размеров., предотвращение перехода дефектов поверхности валков на изделие.
Оптимизация обрезного валка: Разумно отрегулируйте боковое давление кромкообрезного ролика, чтобы исправить отклонение сляба и уменьшить локальное растягивающее напряжение на краях..
Онлайн-мониторинг: Установить онлайн-температуру, форма, и системы обнаружения натяжения для корректировки технологических параметров в режиме реального времени и своевременного предупреждения об отклонениях.
Чистое производство: Предотвратить образование оксидных отложений, масло, и загрязнений на поверхности слитков от попадания в процесс горячей прокатки, чтобы избежать дефектов поверхности, вызывающих появление трещин..

4. Проверка эффективности профилактики и улучшение качества

Внедрение вышеуказанных комплексных мер по предотвращению процесса может обеспечить эффективный контроль трещин на краях в 5052 горячекатаные алюминиевые круги:

Материальный конец: ш(Уже) стабильно контролируется ниже 3×10⁻⁶, Соотношение Fe/Si оптимизировано до 1,3–1,5., хрупкие зернограничные фазы практически исключены.
Конец слитка: Значительно уменьшены литейные напряжения и дефекты подповерхностной поверхности., однородность микроструктуры после гомогенизации заметно улучшилась.
Конец горячей прокатки:Разница температур края контролируется в пределах 30°C., дополнительное растягивающее напряжение снижается ниже критического значения. Частота растрескивания кромок снижается более чем с 60% ниже 5%, с увеличением доходности на 15–20%.

5. Заключение и перспективы

Края треснуты 5052 горячекатаные алюминиевые круги получаются в результате совместного действия внутренний “натриевое охрупчивание” коэффициент материала и коэффициент внешней неоднородной деформации горячей прокатки. Суть профилактики заключается в: строгий контроль содержания Na (ш(Уже) < 5×10⁻⁶), оптимизация микроструктуры слитка, точное управление температурой и деформацией горячей прокатки, и балансировка краевого напряжения. За счет технологической координации всего процесса плавки-разливки-горячей прокатки., проблема растрескивания кромок может быть принципиально решена, обеспечение стабильного производства высококачественной 5052 горячекатаные алюминиевые круги.

Заглядывая в будущее, численное моделирование (например, ДЕФОРМИРОВАТЬ) может быть дополнительно интегрирован для оптимизации температуры горячей прокатки и распределения поля напряжений.. Разработка адаптивных систем контроля выпуклости и натяжения валков может обеспечить интеллектуальное предотвращение и контроль образования трещин на кромках., содействие развитию 5052 Производство алюминиевых кругов для повышения эффективности, стабильность, и качество.