Fabricante de Cff de 40 PPI: Análisis de defectos y soluciones para lingotes de aleación de aluminio fundido
En el proceso de producción de lingotes de aleación de aluminio fundido, si no se lleva a cabo un control adecuado, suelen producirse diversos defectos en el producto, especialmente en las aleaciones de aluminio y silicio, como la ADC12 y la A356.
Segregación de los componentes químicos en los lingotes. El fenómeno de la distribución desigual de los componentes químicos en los lingotes se denomina segregación. En las aleaciones de aluminio sometidas a deformación, la segregación comprende principalmente la segregación intragranular y la segregación inversa.
Segregación intragranular en lingotes de aleación de aluminio fundido
El fenómeno de la composición química desigual de los granos en la microestructura se denomina segregación intragranular.
La característica microestructural de la segregación intragranular es que la estructura intragranular corroída se asemeja a la estructura de los anillos de un árbol. La microdureza varía dentro de los granos: es alta cerca de los límites de grano y baja en el centro de los granos.
La existencia de segregación intragranular hace que la composición química en el interior del grano y la estructura del lingote sean extremadamente irregulares, lo que deteriora gravemente las prestaciones del lingote, principalmente:
1. Las irregularidades en la composición química y el exceso de fase desequilibrado provocados por la segregación en los cristales de la solución sólida reducen la estabilidad de la aleación frente a la corrosión electroquímica.
2. La presencia de una composición eutéctica fuera de equilibrio o de bajo punto de fusión reduce la temperatura de fusión de la aleación, lo que facilita la aparición de sobrecalentamiento local durante el posterior proceso de deformación térmica o de calentamiento para el temple.
3. La segregación intragranular no solo provoca la aparición de fases de no equilibrio y aumenta el número de segundas fases, sino que, además, estas fases de bajo punto de fusión forman una red de dendritas duras y frágiles alrededor de las dendritas cristalinas, lo que reduce drásticamente la plasticidad y el rendimiento en la transformación del lingote.
4. La irregularidad en la composición química provocada por la segregación intragranular se transmite al producto semiacabado, lo que da lugar a la formación de granos gruesos en el material procesado tras el recocido.
La segregación intracristalina se debe a una cristalización desequilibrada. Por lo tanto, en la producción real de colada continua de aleaciones de aluminio, la segregación intragranular es inevitable. Un método eficaz para eliminar la segregación intracristalina consiste en homogeneizar el lingote durante un tiempo prolongado.
Soluciones para la segregación intragranular
1. Aumentar la velocidad de enfriamiento, aplicar un tratamiento metamórfico para refinar los granos y la estructura intragranular, y reducir el alcance de la segregación intragranular.
2. Utilizando un método totalmente opuesto, reducir la velocidad de enfriamiento y realizar una colada en cavidad líquida profunda, similar a la colada en lingotes, para reducir el grado de sobresaturación del hierro, el manganeso y otros elementos, con el fin de disminuir el grado de segregación.
3. Elige algunos aditivos que puedan modificar adecuadamente las propiedades cristalinas de la aleación. Por ejemplo, añadir una cantidad adecuada de hierro a la aleación 3A21 reduce la concentración de manganeso en el baño sólido, lo que a su vez reduce la distribución desigual del manganeso en los granos. En la producción real, en presencia de hierro como impureza, la adición de titanio resulta beneficiosa para reducir la segregación en los granos de la solución sólida de la aleación 3A21, ya que la dirección de la segregación del titanio y la del manganeso son opuestas, y el centro de la dendrita contiene titanio, lo que reduce la diferencia entre la concentración en el centro y en el borde del grano sólido.
Análisis de los defectos de segregación inversa en lingotes de aleación de aluminio fundido
El fenómeno por el cual la concentración de soluto en el borde del lingote es mayor que la concentración de soluto en el centro del mismo se denomina segregación inversa.
Las características estructurales de la segregación inversa no son fáciles de distinguir a partir de la microestructura, y solo pueden confirmarse mediante el análisis de la composición química.
La segregación inversa en los lingotes de aleación de aluminio es una de las principales causas de las grandes diferencias en las propiedades mecánicas y físicas de los lingotes y de los productos fabricados mediante procesos a presión a partir de ellos.
En aquellas zonas en las que el grado de segregación inversa es grave, la composición química supera incluso los límites establecidos por la norma, y las propiedades mecánicas también superan los valores establecidos, por lo que se desechan.
La segregación inversa es un fenómeno de mezcla que se produce durante el proceso de solidificación de los lingotes continuos de aleación de aluminio, que no puede evitarse por completo ni eliminarse mediante homogeneización a alta temperatura.
Soluciones para la segregación inversa
Sin embargo, según las reglas de formación y los factores que influyen en la segregación inversa, la segregación de los elementos puede controlarse dentro del rango admisible. La solución es:
1. Mejorar la resistencia al enfriamiento del lingote.
2. Elige una velocidad de vertido adecuada para que el ángulo de inclinación de la zona de transición hacia la superficie líquida expuesta no sea demasiado grande; por lo general, no debe superar los 60°.
3. Aumenta adecuadamente la temperatura de fundición.
4. Utiliza un embudo de colada adecuado para guiar el flujo de manera uniforme y hacer que fluya hacia el borde del lingote.
Inclusiones gaseosas y no metálicas en lingotes de aleación de aluminio fundido
Inclusiones no metálicas (inclusiones de escoria)
La escoria mezclada con el lingote u otras impurezas no metálicas que se introducen en él se denominan «inclusiones no metálicas».
Las características de la fractura son tiras o escamas negras, y las características de la microestructura consisten principalmente en tejidos desordenados de color negro, de forma lineal, en bloques o floculenta, que presentan una diferencia de color evidente con respecto al sustrato.
Las inclusiones no metálicas son una causa importante de delaminación y de muchos defectos superficiales en los productos transformados de aluminio.
Durante el tratamiento térmico y el calentamiento, la presencia de inclusiones no metálicas puede favorecer la porosidad secundaria y la formación de burbujas.
En cuanto a las propiedades mecánicas, las inclusiones no metálicas son puntos en los que se concentra la tensión, lo que reduce el límite de resistencia y el alargamiento de la aleación.
En concreto, la disminución de la elongación transversal y de las propiedades mecánicas dinámicas (resistencia al impacto, resistencia a la fatiga y tenacidad a la fractura) es más acusada.
Además, las inclusiones no metálicas también reducirán la resistencia de la aleación a la corrosión bajo tensión.
Las inclusiones no metálicas (inclusiones de escoria) suelen detectarse al inspeccionar muestras de pequeña magnitud del lingote.
La norma YS67-1993 establece que, en todos los productos de aleación, la probeta del lingote no debe presentar más de dos puntos de escoria, y que cada uno de ellos debe tener una superficie inferior a 0,5 mm², de lo contrario se rechazará.
Las inclusiones no metálicas (inclusiones de escoria) son los residuos más frecuentes en los lingotes de aleación de aluminio.
Según las estadísticas, en términos de calidad, los lingotes desechados debido a inclusiones de escoria representan entre 10% y 25% del total de residuos. Las inclusiones de escoria suelen deberse a la escoria, a fragmentos del revestimiento y a óxidos de gran tamaño que caen en el lingote junto con el metal líquido durante el proceso de fundición.
Método para prevenir la inclusión de escoria
AdTech ofrece unidades de purificación de aluminio fundido en línea, tales como equipo de desgasificación en línea, equipo de filtrado de placas. La unidad de desgasificación en línea tiene una doble función: tratamiento y calentamiento. Permite eliminar el hidrógeno (H) y las escorias del aluminio fundido. El equipo de filtrado CFF es adecuado para filtrar las inclusiones y las partículas pequeñas presentes en el aluminio fundido.
1. Realizar un refinado minucioso para garantizar el tiempo de reposo, y Filtro CFF en el equipo de filtrado CFF.
2. Reducir al máximo la distancia de transferencia, garantizar unas buenas condiciones de transferencia y cerrar todas las aberturas existentes en el canal de flujo, la placa de flujo y el embudo para evitar fluctuaciones en el nivel del metal. Si es posible, lo mejor es utilizar el mismo molde de nivel.
3. Hornea a fondo la herramienta de transferencia, aumenta adecuadamente la temperatura de fundición, retira con cuidado las escorias durante el proceso de fundición y limpia minuciosamente el horno, la placa de flujo y el resto de herramientas tras la fundición.
4. Utiliza una recarga limpia.
Análisis de los defectos de la película de óxido en lingotes de aleación de aluminio fundido
Según la definición de la norma YS/T417.1-1999, la película de óxido está formada por las inclusiones no metálicas y el gas no expulsado (principalmente hidrógeno) que, en su mayor parte, consisten en óxido de aluminio en el lingote.
Por lo tanto, la película de óxido es un tipo de defecto peculiar de las inclusiones no metálicas en el lingote, pero es diferente de la inclusión de escoria. No se puede detectar al examinar la pieza de ensayo a bajo aumento ni la estructura de fractura del lingote, sino que solo se puede detectar utilizando muestras especiales preparadas artesanalmente (mediante el repujado de muestras del lingote).
La película de óxido observada en la fractura de la muestra del proceso de lingotes puede dividirse, a grandes rasgos, en tres tipos
Uno de los tipos es una película de óxido en forma de lámina de color amarillo claro, marrón o marrón oscuro.
El primer tipo es el “brillante”, con una superficie blanca y luminosa similar a la de la película de óxido en lámina.
El otro tipo son “pequeños puntos brillantes” con un brillo blanco plateado, de forma redonda u ovalada.
Cuando la masa fundida se cristaliza, los microporos que se forman en la dendrita tras la cristalización quedan sueltos debido a un aporte insuficiente de metal líquido entre las dendritas de la matriz o a la presencia de gas no expulsado (principalmente hidrógeno).
Los poros que se forman debido a un llenado insuficiente se denominan «porosidad por contracción»; la porosidad formada por gas se denomina «porosidad por gas».
La estructura macroscópica lisa se caracteriza por la presencia de pequeños poros negros, mientras que la estructura de la fractura se caracteriza por un tejido rugoso y poco denso. Cuando la falta de cohesión es grave, aparecen pequeños puntos blancos brillantes en la fractura.
La microestructura se caracteriza por la presencia de poros negros angulosos; cuanto más grave es la porosidad, mayor es el número de poros negros y mayor es su tamaño.
La porosidad reduce la densidad del lingote y, en particular, la tenacidad al impacto y el alargamiento lateral de la aleación de aluminio de alta resistencia.
Además, los lingotes sueltos provocarán grietas durante la laminación en caliente y la forja, y los productos semiacabados presentarán burbujas durante el recocido esferoidal.
Por lo tanto, hay que evitar el aflojamiento, ya que constituye un defecto organizativo importante de los lingotes. Se debe controlar rigurosamente el aflojamiento que se haya producido en el lingote. Si supera el nivel permitido por la norma, el lingote será rechazado.
Por lo general, el grado de porosidad del lingote de aleación de aluminio puede determinarse midiendo la densidad de la muestra y comparándola con la densidad teórica de la aleación.
Solución de película de óxido
Teniendo en cuenta el proceso de formación y los factores que influyen en la pérdida de compactación, el método para evitar que el lingote pierda compactación es el siguiente:
1. Reducir el contenido de gas en la masa fundida. Para ello, hay que hacer principalmente lo siguiente:
1. El horno es grande y hay que limpiarlo a fondo tras la reparación parcial.
2. El precalentamiento y el horneado del agente refinador y de los moldes deben ser exhaustivos.
3. El refinado debe ser minucioso; (4) Para evitar que la masa fundida permanezca en el horno durante demasiado tiempo.
Reducir el tamaño de la zona de transición en el lingote. Las principales medidas son:
La porosidad en el lingote continuo de aleación de aluminio se distribuye siempre en la zona de cristales equiaxiales, con una amplia zona de transición, y está siempre llena de gas. En condiciones normales, la mayor zona porosa del lingote plano se encuentra a menos de 30 mm de la capa superficial ancha. La mayor zona de porosidad del lingote se encuentra en el centro del mismo y se extiende hacia los laterales a medida que aumenta la altura del cristalizador. Las condiciones de suministro de agua influyen considerablemente en la distribución de la porosidad y pueden romper las reglas anteriores y provocar una porosidad máxima en zonas localizadas.