Como controlar a temperatura de aquecimento de forjas de liga de alumínio?

A temperatura excessiva causará rachaduras?

O controlo da temperatura de aquecimento das forjas de liga de alumínio é o elo central para garantir a qualidade das forjas.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

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 grãos se alargam e formam uma rede (por exemplo, quando a liga de alumínio 6061 é aquecida a 560 °C durante 20 minutos, a relação de fase líquida nos limites dos grãos atinge 3%);
Aparecem bolas de refluxo entre os dendritos (a liga de alumínio 7075 é mantida a 480 °C durante 1h, e a fase Al-Zn-Mg entre os dendritos derrete).
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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