Regulação da temperatura de aquecimento deliga de alumínioA temperatura excessiva pode não só causar rachaduras, mas também causar vários defeitos.A seguir está uma análise da tecnologia de controlo de temperatura, mecanismo de influência da temperatura e medidas preventivas:
I. Tecnologia de controlo preciso da temperatura de aquecimento
1. Definição do limiar de temperatura com base na qualidade da liga
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Exemplo: quando uma empresa forja 7075 conchas de bateria, utiliza um controlo de temperatura segmentado: na fase de pré-aquecimento, é mantida a 400°C durante 2h,e, em seguida, aquecido a uma temperatura constante de 430°C±5°C para garantir que a fase β (MgZn2) esteja totalmente dissolvida, evitando a fusão da eutectica de baixo ponto de fusão (475°C) no limite da fase α+β.
2Equipamento de aquecimento e sistema de controlo de temperatura
Regulação da temperatura segmentada do forno a gás: é utilizado um forno de aquecimento contínuo de três câmaras (câmara de pré-aquecimento 400°C, câmara de aquecimento 450°C e câmara de equalização 430°C),com um termômetro infravermelho (precisão ±3°C), e a uniformidade da temperatura do forno é controlada dentro de ±10°C.
Controle preciso do forno de aquecimento elétrico: o forno de resistência ao vácuo utiliza o sistema de controlo de temperatura inteligente PID para aquecer até à temperatura definida a uma taxa de 5°C/min.e a flutuação do estágio de isolamento é ≤ ± 5°C, que é adequado para ligas sensíveis como a série 7.
Compensação dinâmica do aquecimento por indução: Para forjas de forma complexa (como estruturas de várias cavidades de cascas de baterias),aquecimento por indução de média frequência (frequência 20-50 kHz) é utilizado para compensar localmente a temperatura através do efeito de corrente de redemoinho, de modo a que a diferença de temperatura da secção transversal seja inferior a 15°C.
3Simulação do campo de temperatura e monitorização em tempo real
Simulação de CAE antes da forja: Deform-3D é usado para simular o processo de aquecimento e prever a distribuição de temperatura do billete.A simulação de uma certa forja de suporte de bateria em forma de L mostra que a temperatura no canto é 20 °C inferior à do planoNa produção real, é compensada por bobinas de aquecimento de divisão.
Imagem térmica de infravermelho em linha: velocidade de digitalização 100 quadros/segundo, geração em tempo real de um mapa das nuvens de temperatura, quando for detectada uma sobre-temperatura local (por exemplo, > valor definido de 15°C),O sistema inicia automaticamente o dispositivo de arrefecimento do ar para arrefecer.
II. Análise do mecanismo de fissuração causada por temperaturas excessivas
1Defeitos estruturais causados por danos térmicos
Três características da sobrecombustão:
Os triângulos de oxidação aparecem nos limites dos grãos (quando a temperatura é superior ao ponto de fusão eutético, Mg2Si e outras fases derretem);
Os limites dos cereais alargam-se e formam uma rede (por exemplo, quando 6061liga de alumínioé aquecido a 560°C durante 20 minutos, a relação de fase líquida nos limites dos grãos atinge 3%);
Aparecem bolas de refluxo entre as dendritas (7075liga de alumínioA concentração de ácido acético em cada uma das células é estimulada por meio de um método de ensaio de concentração de ácido acético.
Grãos granulares e fracos: quando a temperatura excede o limite superior da temperatura de recristalização (por exemplo, 460°C para 7075),o tamanho do grão cresce rapidamente de 10-20 μm no estado forjado para mais de 500 μm, a plasticidade diminui em 40% e ocorrem rachaduras ao longo dos limites dos grãos durante a forja.
2A concentração de tensão induz a fissuração.
Cracagem por tensão por diferença de temperatura: quando a taxa de aquecimento é muito rápida (por exemplo, > 15 °C/min), a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo da forja é > 50 °C,gerando tensão térmica (σ=EαΔT)Quando a resistência de rendimento do material é superior a σ (por exemplo, 7075 a 400°C), ocorre a fissuração.
Superposição de tensões de transformação de fase: quando a liga de alumínio da série 2 é aquecida a 500 °C, a taxa de dissolução da fase θ (CuAl2) é desigual,e a tensão de transformação de fase local é sobreposta à tensão de forja, fazendo com que a rachadura se estenda ao longo do limite do grão.
III. Contramedidas de processo anticracking
1- Controlos de aquecimento e isolamento de gradientes
Curva de aquecimento por etapas:
Secção de baixa temperatura (200-300°C): taxa de aquecimento de 5°C/min, elimina a tensão interna da caixa;
Secção de temperatura média (300-400°C): velocidade 10°C/min, promover a distribuição uniforme da segunda fase;
Secção de alta temperatura (400 - temperatura definida): taxa de 5°C/min, garantir uma temperatura uniforme.
Cálculo do tempo de isolamento: de acordo com a espessura do billete (mm) × 1,5-2min/mm, por exemplo, billete 7075 de 100 mm de espessura, isolamento a 430 °C durante 2,5-3h, de modo a que a fase de reforço seja totalmente dissolvida.
2. Preaquecimento por matrizes e forja isotérmica
Combinação da temperatura do molde: antes da forja, o molde é pré-aquecido a 250-300°C (6 séries) ou 180-220°C (7 séries) para reduzir a tensão da diferença de temperatura causada pelo resfriamento rápido da forja.
Tecnologia de forja isotérmica: Forja a uma baixa velocidade de 0,01-0,1 mm/s numa servopressa, enquanto a barra de aquecimento incorporada no molde mantém a temperatura do billete a ±3°C,que é adequado para carcaças de baterias complexas de parede fina (espessura da parede <3 mm).
3Prevenção e detecção do crack
Tratamento da superfície antes do aquecimento: remover a escama de óxido na superfície do billete (quando a espessura for > 0,2 mm, as microfissuras sob a escama de óxido se expandirão a alta temperatura),e utilizar a limpeza de tiro ou lavagem alcalina para o pré-tratamento.
Controle de ensaio não destrutivo: detecção de falhas por ultra-som a 100% (frequência 2.5-5MHz) após forjar para detectar o afrouxamento do limite do grão causado pela sobrequeimação (amplitude de reflexão ≥φ2mm equivalente a buraco plano no fundo).
Email:cast@ebcastings.com
Regulação da temperatura de aquecimento deliga de alumínioA temperatura excessiva pode não só causar rachaduras, mas também causar vários defeitos.A seguir está uma análise da tecnologia de controlo de temperatura, mecanismo de influência da temperatura e medidas preventivas:
I. Tecnologia de controlo preciso da temperatura de aquecimento
1. Definição do limiar de temperatura com base na qualidade da liga
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Exemplo: quando uma empresa forja 7075 conchas de bateria, utiliza um controlo de temperatura segmentado: na fase de pré-aquecimento, é mantida a 400°C durante 2h,e, em seguida, aquecido a uma temperatura constante de 430°C±5°C para garantir que a fase β (MgZn2) esteja totalmente dissolvida, evitando a fusão da eutectica de baixo ponto de fusão (475°C) no limite da fase α+β.
2Equipamento de aquecimento e sistema de controlo de temperatura
Regulação da temperatura segmentada do forno a gás: é utilizado um forno de aquecimento contínuo de três câmaras (câmara de pré-aquecimento 400°C, câmara de aquecimento 450°C e câmara de equalização 430°C),com um termômetro infravermelho (precisão ±3°C), e a uniformidade da temperatura do forno é controlada dentro de ±10°C.
Controle preciso do forno de aquecimento elétrico: o forno de resistência ao vácuo utiliza o sistema de controlo de temperatura inteligente PID para aquecer até à temperatura definida a uma taxa de 5°C/min.e a flutuação do estágio de isolamento é ≤ ± 5°C, que é adequado para ligas sensíveis como a série 7.
Compensação dinâmica do aquecimento por indução: Para forjas de forma complexa (como estruturas de várias cavidades de cascas de baterias),aquecimento por indução de média frequência (frequência 20-50 kHz) é utilizado para compensar localmente a temperatura através do efeito de corrente de redemoinho, de modo a que a diferença de temperatura da secção transversal seja inferior a 15°C.
3Simulação do campo de temperatura e monitorização em tempo real
Simulação de CAE antes da forja: Deform-3D é usado para simular o processo de aquecimento e prever a distribuição de temperatura do billete.A simulação de uma certa forja de suporte de bateria em forma de L mostra que a temperatura no canto é 20 °C inferior à do planoNa produção real, é compensada por bobinas de aquecimento de divisão.
Imagem térmica de infravermelho em linha: velocidade de digitalização 100 quadros/segundo, geração em tempo real de um mapa das nuvens de temperatura, quando for detectada uma sobre-temperatura local (por exemplo, > valor definido de 15°C),O sistema inicia automaticamente o dispositivo de arrefecimento do ar para arrefecer.
II. Análise do mecanismo de fissuração causada por temperaturas excessivas
1Defeitos estruturais causados por danos térmicos
Três características da sobrecombustão:
Os triângulos de oxidação aparecem nos limites dos grãos (quando a temperatura é superior ao ponto de fusão eutético, Mg2Si e outras fases derretem);
Os limites dos cereais alargam-se e formam uma rede (por exemplo, quando 6061liga de alumínioé aquecido a 560°C durante 20 minutos, a relação de fase líquida nos limites dos grãos atinge 3%);
Aparecem bolas de refluxo entre as dendritas (7075liga de alumínioA concentração de ácido acético em cada uma das células é estimulada por meio de um método de ensaio de concentração de ácido acético.
Grãos granulares e fracos: quando a temperatura excede o limite superior da temperatura de recristalização (por exemplo, 460°C para 7075),o tamanho do grão cresce rapidamente de 10-20 μm no estado forjado para mais de 500 μm, a plasticidade diminui em 40% e ocorrem rachaduras ao longo dos limites dos grãos durante a forja.
2A concentração de tensão induz a fissuração.
Cracagem por tensão por diferença de temperatura: quando a taxa de aquecimento é muito rápida (por exemplo, > 15 °C/min), a diferença de temperatura entre a superfície e o núcleo da forja é > 50 °C,gerando tensão térmica (σ=EαΔT)Quando a resistência de rendimento do material é superior a σ (por exemplo, 7075 a 400°C), ocorre a fissuração.
Superposição de tensões de transformação de fase: quando a liga de alumínio da série 2 é aquecida a 500 °C, a taxa de dissolução da fase θ (CuAl2) é desigual,e a tensão de transformação de fase local é sobreposta à tensão de forja, fazendo com que a rachadura se estenda ao longo do limite do grão.
III. Contramedidas de processo anticracking
1- Controlos de aquecimento e isolamento de gradientes
Curva de aquecimento por etapas:
Secção de baixa temperatura (200-300°C): taxa de aquecimento de 5°C/min, elimina a tensão interna da caixa;
Secção de temperatura média (300-400°C): velocidade 10°C/min, promover a distribuição uniforme da segunda fase;
Secção de alta temperatura (400 - temperatura definida): taxa de 5°C/min, garantir uma temperatura uniforme.
Cálculo do tempo de isolamento: de acordo com a espessura do billete (mm) × 1,5-2min/mm, por exemplo, billete 7075 de 100 mm de espessura, isolamento a 430 °C durante 2,5-3h, de modo a que a fase de reforço seja totalmente dissolvida.
2. Preaquecimento por matrizes e forja isotérmica
Combinação da temperatura do molde: antes da forja, o molde é pré-aquecido a 250-300°C (6 séries) ou 180-220°C (7 séries) para reduzir a tensão da diferença de temperatura causada pelo resfriamento rápido da forja.
Tecnologia de forja isotérmica: Forja a uma baixa velocidade de 0,01-0,1 mm/s numa servopressa, enquanto a barra de aquecimento incorporada no molde mantém a temperatura do billete a ±3°C,que é adequado para carcaças de baterias complexas de parede fina (espessura da parede <3 mm).
3Prevenção e detecção do crack
Tratamento da superfície antes do aquecimento: remover a escama de óxido na superfície do billete (quando a espessura for > 0,2 mm, as microfissuras sob a escama de óxido se expandirão a alta temperatura),e utilizar a limpeza de tiro ou lavagem alcalina para o pré-tratamento.
Controle de ensaio não destrutivo: detecção de falhas por ultra-som a 100% (frequência 2.5-5MHz) após forjar para detectar o afrouxamento do limite do grão causado pela sobrequeimação (amplitude de reflexão ≥φ2mm equivalente a buraco plano no fundo).
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