7050 համաձուլվածքային սալիկների ձուլակտորների ճաքերի առաջացման և հատիկների մաքրման հետազոտություն

1. Ճաքերի առաջացմանը նպաստող մակրոսկոպիկ գործոններ

1.1 Կիսաճշգրիտ ձուլման ժամանակ սառեցնող ջուրը անմիջապես ցողվում է ձուլակտորի մակերեսի վրա՝ ստեղծելով կտրուկ ջերմաստիճանային գրադիենտ ձուլակտորի ներսում: Սա հանգեցնում է տարբեր հատվածների միջև անհավասար կծկման, ինչը առաջացնում է փոխադարձ կաշկանդում և ջերմային լարումներ: Որոշակի լարվածության դաշտերի ազդեցության տակ այս լարումները կարող են հանգեցնել ձուլակտորի ճաքերի:

1.2 Արդյունաբերական արտադրության մեջ ձուլակտորի ճաքերը հաճախ առաջանում են սկզբնական ձուլման փուլում կամ առաջանում են միկրոճաքերի տեսքով, որոնք հետագայում տարածվում են սառեցման ընթացքում՝ հնարավոր է՝ տարածվելով ամբողջ ձուլակտորով մեկ: Ճաքերից բացի, սկզբնական ձուլման փուլում կարող են առաջանալ նաև այլ թերություններ, ինչպիսիք են սառը փակումները, ծռումը և կախվելը, ինչը այն դարձնում է ամբողջ ձուլման գործընթացի կարևորագույն փուլ:

1.3 Ուղղակի սառը ձուլման տաք ճաքերի նկատմամբ զգայունությունը զգալիորեն կախված է քիմիական կազմից, հիմնական համաձուլվածքների ավելացումից և օգտագործվող հացահատիկի զտիչների քանակից։

1.4 Համաձուլվածքների տաք ճաքերի նկատմամբ զգայունությունը հիմնականում պայմանավորված է ներքին լարվածություններով, որոնք առաջացնում են խոռոչների և ճաքերի առաջացում: Դրանց առաջացումը և բաշխումը որոշվում են համաձուլվածքային տարրերով, հալույթի մետալուրգիական որակով և կիսաանընդհատ ձուլման պարամետրերով: Մասնավորապես, 7xxx շարքի ալյումինե համաձուլվածքների մեծ չափի ձուլակտորները հատկապես հակված են տաք ճաքերի՝ բազմակի համաձուլվածքային տարրերի, լայն պնդացման միջակայքերի, բարձր ձուլման լարվածությունների, համաձուլվածքային տարրերի օքսիդացման տարանջատման, համեմատաբար ցածր մետալուրգիական որակի և սենյակային ջերմաստիճանում ցածր ձևավորելիության պատճառով:

1.5 Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ էլեկտրամագնիսական դաշտերը և համաձուլվածքային տարրերը (ներառյալ հացահատիկի զտիչները, հիմնական համաձուլվածքային տարրերը և միկրոտարրերը) զգալիորեն ազդում են կիսաանընդհատ ձուլված 7xxx շարքի համաձուլվածքների միկրոկառուցվածքի և տաք ճաքերի առաջացման զգայունության վրա։

1.6 Բացի այդ, 7050 ալյումինե համաձուլվածքի բարդ կազմի և հեշտությամբ օքսիդացվող տարրերի առկայության պատճառով, հալույթը հակված է ավելի շատ ջրածին կլանելու: Սա, զուգորդված օքսիդային ներառումների հետ, հանգեցնում է գազի և ներառումների համակեցության, ինչը հանգեցնում է հալույթում ջրածնի բարձր պարունակության: Ջրածնի պարունակությունը դարձել է մշակված ձուլակտորային նյութերի ստուգման արդյունքների, կոտրման վարքագծի և հոգնածության նկատմամբ կատարողականության վրա ազդող հիմնական գործոն: Հետևաբար, հալույթում ջրածնի առկայության մեխանիզմի հիման վրա, անհրաժեշտ է օգտագործել ադսորբցիոն միջավայրեր և ֆիլտրացիոն-զտիչ սարքավորումներ՝ հալույթից ջրածինը և այլ ներառումները հեռացնելու համար՝ բարձր մաքրված համաձուլվածքի հալույթ ստանալու համար:

2. Ճաքերի առաջացման մանրադիտակային պատճառները

2.1 Ձուլակտորի տաք ճաքերը հիմնականում որոշվում են պնդացման կծկման արագությամբ, սնուցման արագությամբ և փափուկ գոտու կրիտիկական չափսերով: Եթե փափուկ գոտու չափը գերազանցում է կրիտիկական շեմը, տեղի կունենա տաք ճաքեր:

2.2 Ընդհանուր առմամբ, համաձուլվածքների պնդացման գործընթացը կարելի է բաժանել մի քանի փուլերի՝ զանգվածային սնուցում, միջդենդրիտային սնուցում, դենդրիտների բաժանում և դենդրիտների կամրջում։

2.3 Դենդրիտների բաժանման փուլում դենդրիտային թևերը ավելի սերտորեն են դասավորվում, և հեղուկի հոսքը սահմանափակվում է մակերեսային լարվածությամբ։ Փափուկ գոտու թափանցելիությունը նվազում է, և բավարար պնդացման կծկումը և ջերմային լարվածությունը կարող են հանգեցնել միկրոծակոտկենության կամ նույնիսկ տաք ճաքերի։

2.4 Դենդրիտի կամրջման փուլում եռակի միացումներում մնում է միայն փոքր քանակությամբ հեղուկ։ Այս պահին կիսապինդ նյութն ունի զգալի ամրություն և պլաստիկություն, և պինդ վիճակում սողալը միակ մեխանիզմն է, որը փոխհատուցում է պնդացման կծկումը և ջերմային լարվածությունը։ Այս երկու փուլերն են, որոնք ամենայն հավանականությամբ առաջացնում են կծկման խոռոչներ կամ տաք ճաքեր։

3. Բարձրորակ սալիկների ձուլակտորների պատրաստում՝ ճաքերի առաջացման մեխանիզմների հիման վրա

3.1 Մեծ չափի սալիկների ձուլակտորները հաճախ ցուցաբերում են մակերեսային ճաքեր, ներքին ծակոտկենություն և ներառումներ, որոնք լրջորեն ազդում են համաձուլվածքի պնդացման ընթացքում մեխանիկական վարքագծի վրա։

3.2 Համաձուլվածքի մեխանիկական հատկությունները պնդացման ընթացքում մեծապես կախված են ներքին կառուցվածքային առանձնահատկություններից, ներառյալ հատիկի չափը, ջրածնի պարունակությունը և ներառման մակարդակները։

3.3 Դենդրիտային կառուցվածքներով ալյումինե համաձուլվածքների դեպքում երկրորդային դենդրիտային թևերի հեռավորությունը (ՍԴԱ) զգալիորեն ազդում է ինչպես մեխանիկական հատկությունների, այնպես էլ պնդացման գործընթացի վրա: Ավելի նուրբ ՍԴԱ-ն հանգեցնում է ծակոտկենության ավելի վաղ առաջացմանը և ծակոտկենության ավելի բարձր մասնաբաժինների, նվազեցնելով տաք ճաքերի առաջացման կրիտիկական լարվածությունը:

3.4 Միջդենդրիտային կծկման խոռոչների և ներառուկների նման թերությունները լրջորեն թուլացնում են պինդ կմախքի ամրությունը և զգալիորեն նվազեցնում տաք ճաքերի առաջացման համար անհրաժեշտ կրիտիկական լարումը։

3.5 Հատիկների ձևաբանությունը տաք ճաքերի առաջացման վարքագծի վրա ազդող մեկ այլ կարևոր միկրոկառուցվածքային գործոն է: Երբ հատիկները սյունաձև դենդրիտներից անցնում են գնդաձև հավասար առանցքներով հատիկների, համաձուլվածքը ցուցաբերում է ավելի ցածր կոշտության ջերմաստիճան և բարելավված միջդենդրիտային հեղուկի թափանցելիություն, ինչը ճնշում է ծակոտիների աճը: Բացի այդ, ավելի նուրբ հատիկները կարող են դիմանալ ավելի մեծ լարվածության և լարվածության արագությունների և ներկայացնել ճաքերի տարածման ավելի բարդ ուղիներ, այդպիսով նվազեցնելով տաք ճաքերի առաջացման ընդհանուր միտումը:

3.6 Գործնական արտադրության մեջ հալույթի մշակման և ձուլման տեխնիկայի օպտիմալացումը, ինչպիսիք են ներառումի և ջրածնի պարունակության, ինչպես նաև հատիկների կառուցվածքի խիստ վերահսկումը, կարող են բարելավել սալիկների ձուլակտորների ներքին դիմադրությունը տաք ճաքերի նկատմամբ: Օպտիմալացված գործիքային նախագծման և մշակման մեթոդների հետ համատեղ, այս միջոցառումները կարող են հանգեցնել բարձր արտադրողականությամբ, մեծածավալ, բարձրորակ սալիկների ձուլակտորների արտադրությանը:

4. Հացահատիկի մաքրում ձուլակտորի համար

7050 ալյումինե համաձուլվածքը հիմնականում օգտագործում է հացահատիկի զտիչների երկու տեսակ՝ Al-5Ti-1B և Al-3Ti-0.15C: Այս զտիչների գծային կիրառման համեմատական ​​ուսումնասիրությունները ցույց են տալիս.

4.1 Al-5Ti-1B-ով մաքրված ձուլակտորները ցուցաբերում են զգալիորեն փոքր հատիկների չափսեր և ավելի միատարր անցում ձուլակտորի եզրից դեպի կենտրոն: Խոշորահատիկ շերտն ավելի բարակ է, և հատիկների ընդհանուր մաքրման էֆեկտն ավելի ուժեղ է ձուլակտորի ամբողջ երկայնքով:

4.2 Երբ օգտագործվում է Al-3Ti-0.15C-ով նախապես մաքրված հումք, Al-5Ti-1B-ի հատիկների մաքրման ազդեցությունը նվազում է: Ավելին, Al-Ti-B ավելացման ավելացումը որոշակի կետից ավելի համաչափորեն չի բարելավում հատիկների մաքրումը: Հետևաբար, Al-Ti-B ավելացումները պետք է սահմանափակվեն ոչ ավելի, քան 2 կգ/տ:

4.3 Al-3Ti-0.15C-ով մաքրված ձուլակտորները հիմնականում բաղկացած են մանր, գնդաձև հավասարաձիգ հատիկներից: Հատիկի չափը համեմատաբար միատարր է ամբողջ սալիկի լայնությամբ: Al-3Ti-0.15C-ի 3–4 կգ/տ ավելացումը արդյունավետ է արտադրանքի որակը կայունացնելու համար:

4.4 Հատկանշական է, որ երբ 7050 համաձուլվածքում օգտագործվում է Al-5Ti-1B, TiB₂ մասնիկները արագ սառեցման պայմաններում հակված են առանձնանալ ձուլակտորի մակերեսին գտնվող օքսիդային թաղանթի ուղղությամբ՝ առաջացնելով կլաստերներ, որոնք հանգեցնում են խարամի առաջացմանը: Ձուլակտորի պնդացման ընթացքում այս կլաստերները կծկվում են դեպի ներս՝ առաջացնելով ակոսաձև ծալքեր, փոխելով հալույթի մակերեսային լարվածությունը: Սա մեծացնում է հալույթի մածուցիկությունը և նվազեցնում է հեղուկությունը, ինչն էլ իր հերթին նպաստում է ճաքերի առաջացմանը կաղապարի հիմքում և ձուլակտորի լայն և նեղ մակերեսների անկյուններում: Սա զգալիորեն մեծացնում է ճաքերի առաջացման հակումը և բացասաբար է անդրադառնում ձուլակտորի բերքատվության վրա:

4.5 Հաշվի առնելով 7050 համաձուլվածքի ձևավորման վարքագիծը, նմանատիպ տեղական և միջազգային ձուլակտորների հատիկի կառուցվածքը և վերջնական մշակված արտադրանքի որակը, Al-3Ti-0.15C-ն նախընտրելի է որպես 7050 համաձուլվածքի ձուլման համար գծային հացահատիկի զտիչ, եթե հատուկ պայմաններն այլ բան չեն պահանջում։

5. Al-3Ti-0.15C-ի հատիկների մաքրման վարքագիծը

5.1 Երբ հացահատիկի զտիչը ավելացվում է 720°C ջերմաստիճանում, հատիկները հիմնականում բաղկացած են հավասար առանցքներով կառուցվածքներից՝ որոշ ենթակառուցվածքներով, և չափսերով ամենափոքրն են։

5.2 Եթե հալույթը զտիչ ավելացնելուց հետո պահվում է չափազանց երկար (օրինակ՝ 10 րոպեից ավելի), գերակշռում է կոպիտ դենդրիտային աճը, ինչը հանգեցնում է ավելի կոպիտ հատիկների առաջացմանը։

5.3 Երբ հացահատիկի զտիչի ավելացված քանակը կազմում է 0.010%-ից մինչև 0.015%, ստացվում են նուրբ հավասարաչափ հատիկներ։

5.4 7050 համաձուլվածքի արդյունաբերական գործընթացի հիման վրա, հատիկի մաքրման օպտիմալ պայմաններն են՝ ավելացման ջերմաստիճանը մոտ 720°C, ավելացումից մինչև վերջնական պնդացումը ժամանակը վերահսկվում է 20 րոպեի ընթացքում, և մաքրիչի քանակը մոտավորապես 0.01–0.015% է (3–4 կգ/տ Al-3Ti-0.15C):

5.5 Ձուլակտորի չափերի տարբերություններին չնայած, հալույթի դուրս գալուց հետո հացահատիկի զտիչը ավելացնելուց, գծային համակարգի, ակոսի և կաղապարի միջոցով մինչև վերջնական պնդացումը ընդհանուր ժամանակը սովորաբար 15-20 րոպե է։

5.6 Արդյունաբերական պայմաններում հացահատիկի մաքրող միջոցի քանակը 0.01% Ti պարունակությունից ավելի մեծացնելը էապես չի բարելավում հացահատիկի մաքրումը: Փոխարենը, չափից շատ ավելացումը հանգեցնում է Ti-ի և C-ի հարստացմանը, մեծացնելով նյութական թերությունների առաջացման հավանականությունը:

5.7 Տարբեր կետերում՝ գազազերծման մուտքի, գազազերծման ելքի և ձուլման ակոսի վրա կատարված փորձարկումները ցույց են տալիս հատիկների չափի նվազագույն տարբերություններ: Այնուամենայնիվ, զտիչը անմիջապես ձուլման ակոսի մեջ ավելացնելը առանց ֆիլտրացիայի մեծացնում է մշակված նյութերի ուլտրաձայնային ստուգման ժամանակ թերությունների առաջացման ռիսկը:

5.8 Հացահատիկի միատարր մաքրումն ապահովելու և մաքրիչի կուտակումը կանխելու համար հացահատիկի մաքրիչը պետք է ավելացվի գազազերծման համակարգի մուտքի մոտ։