Come controllare la temperatura di riscaldamento dei forgiati in lega di alluminio?

Un'eccessiva temperatura causerà la crepa?

Il controllo della temperatura di riscaldamento delle forgiature in lega di alluminio è l'anello centrale per garantire la qualità delle forgiature.Di seguito è riportata un'analisi della tecnologia di controllo della temperatura, meccanismo di influenza della temperatura e misure preventive:

I. Tecnologia di controllo preciso della temperatura di riscaldamento

1Impostazione della soglia di temperatura in base al grado di lega

Esempio: quando un'azienda fabbrica 7075 conchiglie di batteria, utilizza un controllo della temperatura segmentato: nella fase di pre riscaldamento, viene mantenuta a 400 °C per 2 ore,e quindi riscaldato a temperatura costante di 430°C±5°C per garantire che la fase β (MgZn2) sia completamente sciolta, evitando la fusione dell'uttectica a basso punto di fusione (475°C) al confine della fase α+β.

2- attrezzature di riscaldamento e sistema di controllo della temperatura
controllo della temperatura segmentato del forno a gas: viene utilizzato un forno a riscaldamento continuo a tre camere (camera di preriscaldamento a 400°C, camera di riscaldamento a 450°C e camera di equalizzazione a 430°C),con termometro a infrarossi (precisione ±3°C), e l'uniformità della temperatura del forno è controllata entro ±10°C.
controllo preciso del forno elettrico: il forno a resistenza al vuoto utilizza il sistema di controllo della temperatura intelligente PID per riscaldare fino alla temperatura impostata ad una velocità di 5°C/min;e la fluttuazione dello stadio di isolamento è ≤ ± 5°C, che è adatto a leghe sensibili come la serie 7.
Compensamento dinamico del riscaldamento per induzione: per forgiature di forma complessa (come le strutture multi-cavità dei gusci delle batterie),riscaldamento ad induzione a media frequenza (frequenza 20-50 kHz) viene utilizzato per compensare localmente la temperatura attraverso l'effetto di corrente vorticale, in modo che la differenza di temperatura della sezione trasversale sia inferiore a 15°C.

3Simulazione del campo di temperatura e monitoraggio in tempo reale
Simulazione CAE prima della forgiatura: Deform-3D viene utilizzato per simulare il processo di riscaldamento e prevedere la distribuzione della temperatura della billetta.la simulazione di una certa forgiatura di supporto della batteria a forma di L mostra che la temperatura all'angolo è 20°C inferiore a quella sul pianoNella produzione effettiva, essa è compensata da bobine di riscaldamento a partizione.
Immagine termica a infrarossi online: velocità di scansione 100 fotogrammi/secondo, generazione in tempo reale di una mappa delle nuvole di temperatura, quando viene rilevata una sovratemperatura locale (ad esempio > valore impostato di 15°C),il sistema avvia automaticamente il dispositivo di raffreddamento dell'aria per raffreddarsi.

II. Analisi del meccanismo di crepa causato da temperature eccessive

1. difetti strutturali causati da danni termici
Tre caratteristiche del sovraccarico:
I triangoli di ossidazione appaiono ai confini del grano (quando la temperatura è superiore al punto di fusione eutectico, Mg2Si e altre fasi si sciolgono);
I confini dei grani si allargano e formano una rete (ad esempio, quando l'alluminio 6061 viene riscaldato a 560°C per 20 minuti, il rapporto di fase liquida ai confini dei grani raggiunge il 3%);
Tra i dendriti compaiono sfere di fusione (la lega di alluminio 7075 viene mantenuta a 480 °C per 1 ora e la fase Al-Zn-Mg tra i dendriti si scioglie).
Granuli e grani deboli: quando la temperatura supera il limite superiore della temperatura di ricristallizzazione (ad esempio 460°C per il 7075),la dimensione del grano aumenta rapidamente da 10-20 μm allo stato forgiato a più di 500 μm, la plasticità diminuisce del 40% e si verificano crepe lungo i confini dei grani durante la forgiatura.

2La concentrazione di stress induce la crepa.
Cracking a tensione con differenza di temperatura: quando la velocità di riscaldamento è troppo rapida (ad esempio > 15 °C/min), la differenza di temperatura tra la superficie e il nucleo della forgiatura è > 50 °C,generare tensione termica (σ=EαΔT). Quando la resistenza al rendimento del materiale è superiore a σ (ad es. 7075 a 400°C), si verifica la crepa.
Superposizione dello sforzo di trasformazione di fase: quando l'alluminio di serie 2 viene riscaldato a 500 °C, il tasso di dissoluzione della fase θ (CuAl2) è irregolare,e la tensione di trasformazione di fase locale è sovrapposta alla tensione di forgiatura, causando la crepa a estendersi lungo il confine del grano.

III. Contro misure contro il processo di cracking

1Controllo del riscaldamento e dell'isolamento dei gradienti
Curva di riscaldamento a tappe:
Sezione a bassa temperatura (200-300°C): velocità di riscaldamento 5°C/min, elimina la tensione interna della cassa;
Sezione a temperatura media (300-400°C): velocità 10°C/min, favorire la distribuzione uniforme della seconda fase;
Sezione ad alta temperatura (400 - temperatura impostata): velocità 5°C/min, garantire una temperatura uniforme.
Calcolo del tempo di isolamento: in base allo spessore della trave (mm) × 1,5-2 min/mm, ad esempio, trave 7075 di 100 mm di spessore, isolamento a 430 °C per 2,5-3h, in modo che la fase di rinforzo sia completamente sciolta.

2. Precaldo a stampo e forgiatura isotermica
Corrispondenza della temperatura dello stampo: prima della forgiatura, lo stampo viene riscaldato a 250-300 °C (6 serie) o 180-220 °C (7 serie) per ridurre la tensione della differenza di temperatura causata dal raffreddamento rapido della forgiatura.
Tecnologia di forgiatura isotermica: forgiatura ad una bassa velocità di 0,01-0,1 mm/s su una servopressa, mentre la barra di riscaldamento integrata nello stampo mantiene la temperatura del billet a ±3 °C,che è adatto per conchiglie di batterie complesse a parete sottile (spessore della parete <3 mm).
3Prevenzione e rilevazione del crack
Trattamento superficiale prima del riscaldamento: rimuovere la scaglia di ossido sulla superficie del bozzolo (quando lo spessore è > 0,2 mm, le micro crepe sotto la scaglia di ossido si espandono ad alta temperatura),e utilizzare per il pretrattamento la lavanderia a scatto o alcalina.
Controllo delle prove non distruttive: rilevamento dei difetti a ultrasuoni al 100% (frequenza 2.5-5MHz) dopo la forgiatura per rilevare lo scioglimento del bordo del grano causato da sovraccarico (ampiezza di riflessione ≥φ2 mm equivalente al foro di fondo piatto).

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