1. Makroskopiska faktorer som bidrar till sprickbildning
1.1 Under semikontinuerlig gjutning sprutas kylvatten direkt på gjutytan, vilket skapar en brant temperaturgradient inuti gjutet. Detta resulterar i ojämn sammandragning mellan olika områden, vilket orsakar ömsesidig spänning och genererar termiska spänningar. Under vissa spänningsfält kan dessa spänningar leda till sprickbildning i gjutet.
1.2 Inom industriell produktion uppstår ofta sprickbildning i gjutgodset i det inledande gjutningsstadiet eller som mikrosprickor som senare sprider sig under kylning och potentiellt sprider sig i hela gjutgodset. Förutom sprickbildning kan även andra defekter, såsom kallsprickor, skevhet och hängning, uppstå under det inledande gjutningsstadiet, vilket gör det till en kritisk fas i hela gjutprocessen.
1.3 Känsligheten för varmsprickbildning vid direktgjutning påverkas avsevärt av den kemiska sammansättningen, tillsatser av förlegeringar och mängden kornraffinörer som används.
1.4 Legeringars känslighet för varmsprickbildning beror huvudsakligen på interna spänningar som orsakar bildandet av hålrum och sprickor. Deras bildning och fördelning bestäms av legeringselement, smältmetallurgisk kvalitet och parametrar för semikontinuerlig gjutning. Specifikt är stora göt av aluminiumlegeringar i 7xxx-serien särskilt benägna att få varmsprickbildning på grund av flera legeringselement, breda stelningsintervall, höga gjutspänningar, oxidationssegregation av legeringselement, relativt dålig metallurgisk kvalitet och låg formbarhet vid rumstemperatur.
1.5 Studier har visat att elektromagnetiska fält och legeringselement (inklusive kornraffinörer, viktiga legeringselement och spårämnen) avsevärt påverkar mikrostrukturen och känsligheten för varmsprickbildning hos halvkontinuerligt gjutna legeringar i 7xxx-serien.
1.6 På grund av den komplexa sammansättningen av 7050-aluminiumlegeringen och närvaron av lättoxiderande element tenderar smältan dessutom att absorbera mer väte. Detta, i kombination med oxidinneslutningar, leder till samexistens av gas och inneslutningar, vilket resulterar i en hög vätehalt i smältan. Vätehalten har blivit en nyckelfaktor som påverkar inspektionsresultat, brottbeteende och utmattningsprestanda hos bearbetade götmaterial. Baserat på mekanismen för väteförekomst i smältan är det därför nödvändigt att använda adsorptionsmedia och filtrerings- och raffineringsutrustning för att avlägsna väte och andra inneslutningar från smältan för att erhålla en högrenad legeringssmälta.
2. Mikroskopiska orsaker till sprickbildning
2.1 Varmsprickbildning i götet bestäms primärt av krympningshastigheten i stelningen, matningshastigheten och den kritiska storleken på den mosiga zonen. Om storleken på den mosiga zonen överstiger ett kritiskt tröskelvärde kommer varmsprickbildning att uppstå.
2.2 Generellt kan stelningsprocessen för legeringar delas in i flera steg: bulkmatning, interdendritisk matning, dendritseparation och dendritbryggning.
2.3 Under dendritseparationsstadiet packas dendritarmarna tätare och vätskeflödet begränsas av ytspänning. Permeabiliteten i den mosiga zonen minskar, och tillräcklig krympning vid stelning och termisk stress kan leda till mikroporositet eller till och med heta sprickor.
2.4 I dendritbryggningsstadiet återstår endast en liten mängd vätska vid trippelövergångarna. Vid denna punkt har det halvfasta materialet avsevärd styrka och plasticitet, och krypning i fast tillstånd är den enda mekanismen som kompenserar för stelningskrympning och termisk stress. Dessa två steg är de som mest sannolikt bildar krymphålrum eller heta sprickor.
3. Framställning av högkvalitativa plattgöt baserat på sprickbildningsmekanismer
3.1 Stora plattgöt uppvisar ofta ytsprickor, inre porositet och inneslutningar, vilket allvarligt påverkar det mekaniska beteendet under legeringens stelning.
3.2 Legeringens mekaniska egenskaper under stelning beror till stor del på interna strukturella egenskaper, inklusive kornstorlek, vätehalt och inneslutningsnivåer.
3.3 För aluminiumlegeringar med dendritiska strukturer påverkar det sekundära dendritarmavståndet (SDAS) avsevärt både mekaniska egenskaper och stelningsprocessen. Finare SDAS leder till tidigare porositetsbildning och högre porositetsfraktioner, vilket minskar den kritiska spänningen för varmsprickbildning.
3.4 Defekter som interdendritiska krymphålrum och inneslutningar försvagar kraftigt det solida skelettets seghet och minskar avsevärt den kritiska spänning som krävs för varmsprickbildning.
3.5 Kornens morfologi är en annan kritisk mikrostrukturell faktor som påverkar beteendet vid varm sprickbildning. När korn övergår från kolumnära dendriter till globulära likaxliga korn uppvisar legeringen en lägre styvhetstemperatur och förbättrad interdendritisk vätskepermeabilitet, vilket hämmar portillväxt. Dessutom kan finare korn hantera större töjning och töjningshastigheter och presentera mer komplexa sprickutbredningsvägar, vilket minskar den totala tendensen till varm sprickbildning.
3.6 I praktisk produktion kan optimering av smälthantering och gjutningstekniker – såsom strikt kontroll av inneslutning och väteinnehåll, såväl som kornstruktur – förbättra den inre motståndskraften hos plattackor mot varmsprickbildning. I kombination med optimerade verktygsdesign- och bearbetningsmetoder kan dessa åtgärder leda till produktion av högavkastande, storskaliga och högkvalitativa plattackor.
4. Kornförfining av göt
Aluminiumlegering 7050 använder huvudsakligen två typer av kornraffinörer: Al-5Ti-1B och Al-3Ti-0.15C. Jämförande studier av in-line-applikationer av dessa raffinörer visar:
4.1 Tackor raffinerade med Al-5Ti-1B uppvisar betydligt mindre kornstorlekar och en mer enhetlig övergång från tackans kant till mitten. Det grovkorniga lagret är tunnare, och den övergripande kornförfiningseffekten är starkare över hela tackan.
4.2 När råmaterial som tidigare raffinerats med Al-3Ti-0.15C används, minskar Al-5Ti-1B:s kornförfiningseffekt. Dessutom ökar inte en ökning av Al-Ti-B-tillsatsen utöver en viss punkt kornförfiningen proportionellt. Därför bör Al-Ti-B-tillsatser begränsas till högst 2 kg/t.
4.3 Tackor raffinerade med Al-3Ti-0.15C består huvudsakligen av fina, globulära, likaxliga korn. Kornstorleken är relativt jämn över plattans bredd. En tillsats av 3–4 kg/t Al-3Ti-0.15C är effektiv för att stabilisera produktkvaliteten.
4.4 Det är värt att notera att när Al-5Ti-1B används i 7050-legering tenderar TiB₂-partiklar att segregera mot oxidfilmen på gjutytan under snabba kylningsförhållanden, vilket bildar kluster som leder till slaggbildning. Under gjutets stelning krymper dessa kluster inåt och bildar spårliknande veck, vilket förändrar smältans ytspänning. Detta ökar smältans viskositet och minskar fluiditeten, vilket i sin tur främjar sprickbildning vid formens bas och hörnen på gjutets breda och smala ytor. Detta ökar sprickbildningstendensen avsevärt och påverkar gjututbytet negativt.
4.5 Med tanke på formningsbeteendet hos 7050-legeringen, kornstrukturen hos liknande inhemska och internationella tackor, och kvaliteten på de slutliga bearbetade produkterna, är Al-3Ti-0.15C att föredra som inline-kornraffinör för gjutning av 7050-legering – såvida inte specifika förhållanden kräver annat.
5. Kornförfiningsbeteende hos Al-3Ti-0,15C
5.1 När kornförfinaren tillsätts vid 720 °C består kornen huvudsakligen av likaxliga strukturer med vissa understrukturer och är de finaste i storlek.
5.2 Om smältan hålls kvar för länge efter att raffinören tillsatts (t.ex. längre än 10 minuter) dominerar grov dendritisk tillväxt, vilket resulterar i grövre korn.
5.3 När den tillsatta mängden kornförfiningmedel är 0,010 % till 0,015 % uppnås fina, likaxliga korn.
5.4 Baserat på den industriella processen för 7050-legering är de optimala förhållandena för kornförfining: tillsatstemperatur runt 720 °C, tid från tillsats till slutlig stelning kontrollerad inom 20 minuter och raffinörmängd på cirka 0,01–0,015 % (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Trots variationer i götstorlek är den totala tiden från tillsats av kornraffinören efter smältutträde, genom inline-systemet, tråget och formen, till slutlig stelning vanligtvis 15–20 minuter.
5.6 I industriella miljöer förbättrar inte en ökning av mängden kornförfining utöver en Ti-halt på 0,01 % kornförfiningen signifikant. Istället leder överdriven tillsats till Ti- och C-anrikning, vilket ökar sannolikheten för materialdefekter.
5.7 Tester vid olika punkter – avgasinlopp, avgasutlopp och gjutränna – visar minimala skillnader i kornstorlek. Att tillsätta raffinören direkt vid gjutrännan utan filtrering ökar dock risken för defekter vid ultraljudsinspektion av bearbetade material.
5.8 För att säkerställa jämn kornförfining och förhindra ansamling av raffinör bör kornförfinaren tillsättas vid inloppet till avgasningssystemet.
Publiceringstid: 16 juli 2025
