Fabricante de Cff 40 PPI: Análise de defeitos e soluções para lingotes de liga de alumínio fundidos
No processo de produção de lingotes de liga de alumínio fundido, caso haja um controle inadequado, frequentemente ocorrem diversos defeitos no produto, especialmente em ligas de alumínio-silício, como ADC12 e A356.
Segregação de componentes químicos em lingotes O fenômeno da distribuição desigual de componentes químicos em lingotes é denominado segregação. Em ligas de alumínio submetidas a deformação, a segregação inclui principalmente a segregação intragranular e a segregação reversa.
Segregação intragranular em lingotes de liga de alumínio fundidos
O fenômeno da composição química desigual nos grãos da microestrutura é denominado segregação intragranular.
A característica microestrutural da segregação intragranular é que a estrutura intragranular corroída se assemelha a uma estrutura em forma de anéis de árvore. A microdureza nos grãos é diferente: a microdureza próxima aos limites dos grãos é alta, enquanto a microdureza no centro dos grãos é baixa.
A existência de segregação intragranular torna a composição química no interior do grão e a estrutura do lingote extremamente irregulares, o que prejudica gravemente o desempenho do lingote, principalmente:
1. A irregularidade na composição química e o excesso desequilibrado de fase causados pela segregação nos cristais da solução sólida reduzem a estabilidade da liga contra a corrosão eletroquímica.
2. O surgimento de uma composição eutética fora do equilíbrio ou de baixo ponto de fusão reduz a temperatura de fusão da liga, o que facilita a ocorrência de sobreaquecimento local durante o processo subsequente de deformação térmica ou de aquecimento para têmpera.
3. A segregação intragranular não apenas causa o surgimento de fases de não equilíbrio e aumenta o número de segundas fases, mas também faz com que essas fases de baixo ponto de fusão formem uma rede dendrítica dura e frágil ao redor dos dendritos cristalinos, o que reduz drasticamente a plasticidade e o desempenho de processamento do lingote.
4. A irregularidade na composição química causada pela segregação intragranular é transmitida ao produto semiacabado, resultando na formação de grãos grossos no material processado após o recozimento.
A segregação intracristalina é causada por uma cristalização desequilibrada. Portanto, na produção real de lingotes de liga de alumínio por fundição contínua, a segregação intragranular é inevitável. Um método eficaz para eliminar a segregação intracristalina consiste em homogeneizar o lingote por um longo período.
Soluções para a segregação intragranular
1. Aumentar a taxa de resfriamento, utilizar o tratamento metamórfico para refinar os grãos e a estrutura intragranular e reduzir a extensão da segregação intragranular.
2. Utilizando um método totalmente oposto, reduza a taxa de resfriamento e realize a fundição em cavidade líquida profunda, semelhante à fundição em lingote, para diminuir o grau de supersaturação do ferro, do manganês e de outros elementos, a fim de reduzir o grau de segregação.
3. Escolha alguns aditivos capazes de alterar adequadamente as propriedades cristalinas da liga. Por exemplo, a adição de uma quantidade adequada de ferro à liga 3A21 reduz a concentração de manganês no banho sólido, diminuindo assim a distribuição desigual do manganês nos grãos. Na produção real, na presença de ferro como impureza, a adição de titânio é benéfica para reduzir a segregação nos grãos da solução sólida da liga 3A21, pois as direções de segregação do titânio e do manganês são opostas, e o centro do dendrito contém titânio, o que reduz a diferença entre a concentração da solução sólida no centro e na borda do grão sólido.
Análise de defeitos de segregação reversa em lingotes de liga de alumínio fundidos
O fenômeno pelo qual a concentração do soluto na borda do lingote é maior do que a concentração do soluto no centro do lingote é chamado de segregação reversa.
As características estruturais da segregação reversa não são fáceis de distinguir a partir da microestrutura e só podem ser confirmadas por meio da análise da composição química.
A segregação reversa nos lingotes de liga de alumínio é uma das principais causas das grandes diferenças nas propriedades mecânicas e físicas dos lingotes e de seus produtos obtidos por processo de prensagem.
Em áreas onde o grau de segregação reversa é grave, a composição química chega a exceder os limites da norma, e as propriedades mecânicas, por sua vez, ultrapassam os valores estabelecidos pela norma, levando ao descarte do material.
A segregação reversa é um fenômeno de mistura que ocorre no processo de solidificação de lingotes contínuos de liga de alumínio, o qual não pode ser totalmente evitado, nem eliminado por meio da homogeneização a alta temperatura.
Soluções para a segregação reversa
No entanto, de acordo com as regras de formação e os fatores que influenciam a segregação reversa, a segregação dos elementos pode ser controlada dentro do intervalo permitido. A solução é:
1. Melhorar a resistência ao resfriamento do lingote.
2. Escolha uma velocidade de vazamento adequada, de modo que o ângulo de inclinação da zona de transição em relação à superfície do líquido exposto não seja muito grande, geralmente não superior a 60°.
3. Aumente adequadamente a temperatura de fundição.
4. Use um funil de fundição adequado para orientar uniformemente o fluxo e fazer com que ele flua até a borda do lingote.
Inclusões de gás e não metálicas em lingotes de liga de alumínio fundidos
Inclusões não metálicas (inclusões de escória)
A escória misturada ao lingote ou outras impurezas não metálicas que se incorporam ao lingote são chamadas de inclusões não metálicas.
As características da fratura são faixas ou lascas pretas, e as características da microestrutura consistem principalmente em tecidos desordenados pretos, lineares, em blocos e floculentos, que apresentam uma diferença de cor evidente em relação ao substrato.
As inclusões não metálicas são uma causa importante de delaminação e de muitos defeitos superficiais em produtos de alumínio processados.
Durante o tratamento térmico e o aquecimento, a presença de inclusões não metálicas pode favorecer a porosidade secundária e a formação de bolhas.
Em termos de propriedades mecânicas, as inclusões não metálicas são pontos de concentração de tensão, reduzindo o limite de resistência e o alongamento da liga.
Em particular, a redução no alongamento transversal e nas propriedades mecânicas dinâmicas (resistência ao impacto, resistência à fadiga e resistência à fratura) é mais acentuada.
Além disso, as inclusões não metálicas também reduzem a resistência da liga à corrosão sob tensão.
Inclusões não metálicas (inclusões de escória) geralmente podem ser detectadas durante a inspeção de amostras de baixa magnitude do lingote.
A norma YS67-1993 estipula que, para todos os produtos de liga, a amostra de lingote não deve conter mais do que dois pontos de escória, e que cada área individual deve ter menos de 0,5 mm², caso contrário, a amostra será rejeitada.
As inclusões não metálicas (inclusões de escória) são os resíduos mais comuns nos lingotes de liga de alumínio.
De acordo com as estatísticas, em termos de qualidade, os lingotes descartados devido a inclusões de escória representam de 10% a 25% do total de resíduos. As inclusões de escória são geralmente causadas por escória, fragmentos de revestimento e óxidos de grande porte que caem no lingote junto com o metal líquido durante o processo de fundição.
Método para prevenir a inclusão de escória
A AdTech oferece unidades de purificação de alumínio fundido online, tais como equipamento de desgaseificação em linha, equipamento de filtragem do tipo placa. A unidade de desgaseificação online possui duas funções: processamento e aquecimento. Ela é capaz de remover hidrogênio (H) e escória do alumínio fundido. O equipamento de filtragem CFF é adequado para filtrar as inclusões e pequenas partículas presentes no alumínio fundido.
1. Refinar cuidadosamente para garantir o tempo de repouso, e Filtro CFF no equipamento de filtragem CFF.
2. Reduza ao máximo a distância de transferência, estabeleça boas condições de transferência e feche todas as aberturas no canal de fluxo, na placa de fluxo e no funil para evitar flutuações no nível do metal. É recomendável utilizar o mesmo molde de nível, sempre que possível.
3. Asse completamente a ferramenta de transferência, aumente adequadamente a temperatura de fundição, remova cuidadosamente as escórias durante o processo de fundição e limpe cuidadosamente o forno, a placa de fluxo e outras ferramentas após a fundição.
4. Use um carregador limpo.
Análise de defeitos na película de óxido em lingotes de liga de alumínio fundidos
De acordo com a definição da norma YS/T417.1-1999, a película de óxido consiste nas inclusões não metálicas e no gás não excluído (principalmente hidrogênio) que se formam, em sua maior parte, de óxido de alumínio no lingote.
Portanto, a película de óxido é um tipo de defeito específico de inclusões não metálicas no lingote, mas difere da inclusão de escória. Ela não pode ser detectada durante a inspeção da amostra de teste em baixa ampliação nem na estrutura de fratura do lingote; só pode ser identificada por meio do uso de amostras preparadas de forma especial (por meio do repuxamento das amostras do lingote).
A camada de óxido observada na fratura da amostra do processo de lingote pode ser dividida, de forma geral, em três tipos
Um dos tipos é uma película de óxido em folha de cor amarela clara, marrom ou marrom escuro.
O primeiro tipo é o “sparkle”, com uma superfície branca e brilhante semelhante à película de óxido em folha.
O outro tipo são “pequenos pontos brilhantes” com um brilho branco-prateado, que são redondos ou ovais.
Quando a massa fundida se cristaliza, os microporos formados no dendrito após a cristalização ficam frouxos devido ao suprimento insuficiente de metal líquido entre os dendritos da matriz ou à presença de gás não expelido (principalmente hidrogênio).
Os poros formados por preenchimento insuficiente são chamados de poros de retração; os poros formados por gás são chamados de poros de gás.
A estrutura macroscópica frouxa é caracterizada por pequenos orifícios pretos, e a estrutura da fratura é caracterizada por tecido irregular e pouco denso. Quando a frouxidão é grave, observam-se pequenos pontos brancos brilhantes na fratura.
A microestrutura é caracterizada por buracos negros angulares; quanto mais acentuada for a porosidade, maior será o número de buracos negros e maior será o tamanho deles.
A porosidade reduz a densidade do lingote e, consequentemente, a resistência ao impacto e o alongamento lateral da liga de alumínio de alta resistência.
Além disso, lingotes com partículas soltas causarão rachaduras durante a laminação a quente e o forjamento, e os produtos semiacabados apresentarão bolhas durante o recozimento esferoidizante.
Portanto, o afrouxamento, como um importante defeito organizacional dos lingotes, deve ser evitado. Controle rigorosamente o afrouxamento que tenha ocorrido no lingote. Quando ele exceder o nível permitido pela norma, o lingote será rejeitado.
O grau de porosidade do lingote de liga de alumínio pode, em geral, ser determinado medindo-se a densidade da amostra e comparando-a com a densidade teórica da liga.
Solução de película de óxido
De acordo com o processo de formação e os fatores que influenciam o afrouxamento, o método para evitar que o lingote se afrouxe é:
1. Reduzir o teor de gás na massa fundida. Para isso, deve-se principalmente:
1. A fornalha é grande e o forno deve ser bem limpo após o reparo parcial.
2. O pré-aquecimento e o cozimento do agente de refinamento e das ferramentas de fundição devem ser completos.
3. A refinação deve ser minuciosa; (4) Para evitar que a massa fundida permaneça no forno por tempo demais.
Reduzir o tamanho da zona de transição no lingote. As principais medidas são:
A porosidade no lingote contínuo de liga de alumínio está sempre distribuída na área de cristais equiaxiais, com uma ampla zona de transição, e está sempre preenchida com gás. Em condições normais, a maior área porosa do lingote plano ocorre a menos de 30 mm da camada superficial mais larga. A maior área de porosidade do lingote ocorre no centro do mesmo e se expande lateralmente à medida que a altura do cristalizador aumenta. As condições de abastecimento de água exercem grande influência na distribuição da porosidade, podendo quebrar as regras acima e causar porosidade máxima em áreas localizadas.