Controllo della temperatura di riscaldamento di lega di alluminio la forgiatura è il collegamento fondamentale per garantire la qualità dei forgiati. Una temperatura eccessiva può non solo causare la rottura, ma anche provocare vari difetti. Di seguito è riportata un'analisi della tecnologia di controllo della temperatura, del meccanismo di influenza della temperatura e delle misure preventive:
I. Tecnologia di controllo preciso della temperatura di riscaldamento
1. Impostazione della soglia di temperatura in base al grado di lega
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Esempio: quando un'azienda forgia gusci di batterie 7075, utilizza il controllo della temperatura segmentato: nella fase di preriscaldamento, viene mantenuta a 400℃ per 2 ore, quindi riscaldata a 430℃±5℃ a temperatura costante per garantire che la fase β (MgZn₂) sia completamente dissolta, evitando al contempo la fusione dell'eutettico a basso punto di fusione (475℃) al confine di fase α+β.
2. Apparecchiature di riscaldamento e sistema di controllo della temperatura
Controllo della temperatura segmentato del forno a gas: viene utilizzato un forno di riscaldamento continuo a tre camere (camera di preriscaldamento 400℃, camera di riscaldamento 450℃ e camera di equalizzazione 430℃), con un termometro a infrarossi (precisione ±3℃) e l'uniformità della temperatura del forno è controllata entro ±10℃.
Controllo preciso del forno di riscaldamento elettrico: il forno a resistenza sottovuoto utilizza il sistema di controllo della temperatura intelligente PID per riscaldare fino alla temperatura impostata a una velocità di 5℃/min e la fluttuazione nella fase di isolamento è ≤±5℃, che è adatto per leghe sensibili come la serie 7.
Compensazione dinamica del riscaldamento a induzione: per forgiati di forma complessa (come strutture a più cavità di gusci di batterie), viene utilizzato il riscaldamento a induzione a media frequenza (frequenza 20-50 kHz) per compensare localmente la temperatura attraverso l'effetto delle correnti parassite, in modo che la differenza di temperatura della sezione trasversale sia inferiore a 15°C.
3. Simulazione 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 del billette. Ad esempio, la simulazione di una certa staffa a forma di L per batterie mostra che la temperatura all'angolo è inferiore di 20°C rispetto a quella sul piano. Nella produzione effettiva, viene compensata da bobine di riscaldamento a partizione.
Termocamera a infrarossi online: velocità di scansione 100 fotogrammi/secondo, generazione in tempo reale della mappa termica, quando viene rilevata una sovratemperatura locale (ad esempio > valore impostato 15°C), il sistema avvia automaticamente il dispositivo di raffreddamento ad aria per raffreddare.
II. Analisi del meccanismo di rottura causato da temperature eccessive
1. Difetti strutturali causati da danni termici
Tre caratteristiche di surriscaldamento:
Triangoli di ossidazione appaiono ai bordi dei grani (quando la temperatura è superiore al punto di fusione eutettico, Mg₂Si e altre fasi si fondono);
I bordi dei grani si allargano e formano una rete (ad esempio, quando la lega di alluminio 6061 viene riscaldata a 560℃ per 20 minuti, il rapporto di fase liquida ai bordi dei grani raggiunge il 3%);
Le sfere di rifusione appaiono tra i dendriti (la lega di alluminio 7075 viene mantenuta a 480℃ per 1 ora e la fase Al-Zn-Mg tra i dendriti si scioglie).
Grani granulari e deboli: quando la temperatura supera il limite superiore della temperatura di ricristallizzazione (ad esempio 460℃ per 7075), le dimensioni dei grani crescono rapidamente da 10-20μm nello stato forgiato a più di 500μm, la plasticità diminuisce del 40% e si verificano crepe lungo i bordi dei grani durante la forgiatura.
2. La concentrazione di stress induce la rottura
Fessurazione da stress da differenza di temperatura: quando la velocità di riscaldamento è troppo elevata (ad esempio >15℃/min), la differenza di temperatura tra la superficie e il nucleo del forgiato è >50℃, generando stress termico (σ=EαΔT). Quando σ> resistenza allo snervamento del materiale (ad esempio 7075 a 400℃ σs=120MPa), si verifica la rottura.
Sovrapposizione dello stress di trasformazione di fase: quando la lega di alluminio della serie 2 viene riscaldata a 500℃, la velocità di dissoluzione della fase θ (CuAl₂) è irregolare e lo stress di trasformazione di fase locale viene sovrapposto allo stress di forgiatura, causando l'estensione della fessura lungo il bordo del grano.
III. Contromisure del processo anti-rottura
1. Riscaldamento a gradiente e controllo dell'isolamento
Curva di riscaldamento a gradini:
Sezione a bassa temperatura (200-300℃): velocità di riscaldamento 5℃/min, eliminare lo stress interno del billette;
Sezione a media temperatura (300-400℃): velocità 10℃/min, favorire la distribuzione uniforme della seconda fase;
Sezione ad alta temperatura (400 - temperatura impostata): velocità 5℃/min, garantire una temperatura uniforme.
Calcolo del tempo di isolamento: in base allo spessore del billette (mm) × 1,5-2 min/mm, ad esempio, billette 7075 di 100 mm di spessore, isolamento a 430℃ per 2,5-3 ore, in modo che la fase di rafforzamento sia completamente dissolta.
2. Preriscaldamento dello stampo e forgiatura isotermica
Corrispondenza della temperatura dello stampo: prima della forgiatura, lo stampo viene preriscaldato a 250-300℃ (serie 6) o 180-220℃ (serie 7) per ridurre lo stress da differenza di temperatura causato dal rapido raffreddamento del forgiato.
Tecnologia di forgiatura isotermica: forgiatura a bassa velocità di 0,01-0,1 mm/s su una pressa servo, mentre l'asta riscaldante integrata nello stampo mantiene la temperatura del billette a ±3℃, che è adatta per gusci di batterie a parete sottile complessi (spessore della parete <3mm).
3. Prevenzione e rilevamento delle crepe
Trattamento superficiale prima del riscaldamento: rimuovere la scaglia di ossido sulla superficie del billette (quando lo spessore è >0,2 mm, le microfessure sotto la scaglia di ossido si espanderanno ad alta temperatura) e utilizzare la pallinatura o il lavaggio alcalino per il pretrattamento.
Controllo dei test non distruttivi: rilevamento delle imperfezioni a ultrasuoni al 100% (frequenza 2,5-5 MHz) dopo la forgiatura per rilevare l'allentamento dei bordi dei grani causato da surriscaldamento (ampiezza di riflessione ≥φ2 mm equivalente al foro a fondo piatto).
Email：cast@ebcastings.com
Controllo della temperatura di riscaldamento di lega di alluminio la forgiatura è il collegamento fondamentale per garantire la qualità dei forgiati. Una temperatura eccessiva può non solo causare la rottura, ma anche provocare vari difetti. Di seguito è riportata un'analisi della tecnologia di controllo della temperatura, del meccanismo di influenza della temperatura e delle misure preventive:
I. Tecnologia di controllo preciso della temperatura di riscaldamento
1. Impostazione della soglia di temperatura in base al grado di lega
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Esempio: quando un'azienda forgia gusci di batterie 7075, utilizza il controllo della temperatura segmentato: nella fase di preriscaldamento, viene mantenuta a 400℃ per 2 ore, quindi riscaldata a 430℃±5℃ a temperatura costante per garantire che la fase β (MgZn₂) sia completamente dissolta, evitando al contempo la fusione dell'eutettico a basso punto di fusione (475℃) al confine di fase α+β.
2. Apparecchiature di riscaldamento e sistema di controllo della temperatura
Controllo della temperatura segmentato del forno a gas: viene utilizzato un forno di riscaldamento continuo a tre camere (camera di preriscaldamento 400℃, camera di riscaldamento 450℃ e camera di equalizzazione 430℃), con un termometro a infrarossi (precisione ±3℃) e l'uniformità della temperatura del forno è controllata entro ±10℃.
Controllo preciso del forno di riscaldamento elettrico: il forno a resistenza sottovuoto utilizza il sistema di controllo della temperatura intelligente PID per riscaldare fino alla temperatura impostata a una velocità di 5℃/min e la fluttuazione nella fase di isolamento è ≤±5℃, che è adatto per leghe sensibili come la serie 7.
Compensazione dinamica del riscaldamento a induzione: per forgiati di forma complessa (come strutture a più cavità di gusci di batterie), viene utilizzato il riscaldamento a induzione a media frequenza (frequenza 20-50 kHz) per compensare localmente la temperatura attraverso l'effetto delle correnti parassite, in modo che la differenza di temperatura della sezione trasversale sia inferiore a 15°C.
3. Simulazione 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 del billette. Ad esempio, la simulazione di una certa staffa a forma di L per batterie mostra che la temperatura all'angolo è inferiore di 20°C rispetto a quella sul piano. Nella produzione effettiva, viene compensata da bobine di riscaldamento a partizione.
Termocamera a infrarossi online: velocità di scansione 100 fotogrammi/secondo, generazione in tempo reale della mappa termica, quando viene rilevata una sovratemperatura locale (ad esempio > valore impostato 15°C), il sistema avvia automaticamente il dispositivo di raffreddamento ad aria per raffreddare.
II. Analisi del meccanismo di rottura causato da temperature eccessive
1. Difetti strutturali causati da danni termici
Tre caratteristiche di surriscaldamento:
Triangoli di ossidazione appaiono ai bordi dei grani (quando la temperatura è superiore al punto di fusione eutettico, Mg₂Si e altre fasi si fondono);
I bordi dei grani si allargano e formano una rete (ad esempio, quando la lega di alluminio 6061 viene riscaldata a 560℃ per 20 minuti, il rapporto di fase liquida ai bordi dei grani raggiunge il 3%);
Le sfere di rifusione appaiono tra i dendriti (la lega di alluminio 7075 viene mantenuta a 480℃ per 1 ora e la fase Al-Zn-Mg tra i dendriti si scioglie).
Grani granulari e deboli: quando la temperatura supera il limite superiore della temperatura di ricristallizzazione (ad esempio 460℃ per 7075), le dimensioni dei grani crescono rapidamente da 10-20μm nello stato forgiato a più di 500μm, la plasticità diminuisce del 40% e si verificano crepe lungo i bordi dei grani durante la forgiatura.
2. La concentrazione di stress induce la rottura
Fessurazione da stress da differenza di temperatura: quando la velocità di riscaldamento è troppo elevata (ad esempio >15℃/min), la differenza di temperatura tra la superficie e il nucleo del forgiato è >50℃, generando stress termico (σ=EαΔT). Quando σ> resistenza allo snervamento del materiale (ad esempio 7075 a 400℃ σs=120MPa), si verifica la rottura.
Sovrapposizione dello stress di trasformazione di fase: quando la lega di alluminio della serie 2 viene riscaldata a 500℃, la velocità di dissoluzione della fase θ (CuAl₂) è irregolare e lo stress di trasformazione di fase locale viene sovrapposto allo stress di forgiatura, causando l'estensione della fessura lungo il bordo del grano.
III. Contromisure del processo anti-rottura
1. Riscaldamento a gradiente e controllo dell'isolamento
Curva di riscaldamento a gradini:
Sezione a bassa temperatura (200-300℃): velocità di riscaldamento 5℃/min, eliminare lo stress interno del billette;
Sezione a media temperatura (300-400℃): velocità 10℃/min, favorire la distribuzione uniforme della seconda fase;
Sezione ad alta temperatura (400 - temperatura impostata): velocità 5℃/min, garantire una temperatura uniforme.
Calcolo del tempo di isolamento: in base allo spessore del billette (mm) × 1,5-2 min/mm, ad esempio, billette 7075 di 100 mm di spessore, isolamento a 430℃ per 2,5-3 ore, in modo che la fase di rafforzamento sia completamente dissolta.
2. Preriscaldamento dello stampo e forgiatura isotermica
Corrispondenza della temperatura dello stampo: prima della forgiatura, lo stampo viene preriscaldato a 250-300℃ (serie 6) o 180-220℃ (serie 7) per ridurre lo stress da differenza di temperatura causato dal rapido raffreddamento del forgiato.
Tecnologia di forgiatura isotermica: forgiatura a bassa velocità di 0,01-0,1 mm/s su una pressa servo, mentre l'asta riscaldante integrata nello stampo mantiene la temperatura del billette a ±3℃, che è adatta per gusci di batterie a parete sottile complessi (spessore della parete <3mm).
3. Prevenzione e rilevamento delle crepe
Trattamento superficiale prima del riscaldamento: rimuovere la scaglia di ossido sulla superficie del billette (quando lo spessore è >0,2 mm, le microfessure sotto la scaglia di ossido si espanderanno ad alta temperatura) e utilizzare la pallinatura o il lavaggio alcalino per il pretrattamento.
Controllo dei test non distruttivi: rilevamento delle imperfezioni a ultrasuoni al 100% (frequenza 2,5-5 MHz) dopo la forgiatura per rilevare l'allentamento dei bordi dei grani causato da surriscaldamento (ampiezza di riflessione ≥φ2 mm equivalente al foro a fondo piatto).
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