1. Makroskopesch Faktoren, déi zur Rëssbildung bäidroen
1.1 Beim semi-kontinuéierleche Goss gëtt Killwaasser direkt op d'Uewerfläch vum Barren gesprëtzt, wouduerch e steile Temperaturgradient am Barren entsteet. Dëst féiert zu enger ongläicher Kontraktioun tëscht de verschiddene Regiounen, wat zu géigesäiteger Dämpfung a generéierter thermescher Spannung féiert. Ënner bestëmmte Spannungsfelder kënnen dës Spannungen zu Rëssbildung vum Barren féieren.
1.2 An der industrieller Produktioun trieden Rëssbildung am Barren dacks an der initialer Gossphase op oder entstinn a Form vu Mikrorëss, déi sech spéider beim Ofkille verbreeden a sech eventuell duerch de ganze Barren ausbreeden. Nieft Rëssbildung kënnen och aner Defekter wéi Kaltverschluss, Verformung an Hänken an der initialer Gossphase optrieden, wat se zu enger kritescher Phase am ganze Gossprozess mécht.
1.3 D'Ufällegkeet vum Direktkühlguss fir waarm Rëssbildung gëtt wesentlech vun der chemescher Zesummesetzung, den Zousätz vun der Masterlegierung an der Quantitéit vun de benotzte Kärenraffinéierer beaflosst.
1.4 D'Empfindlechkeet vu Legierungen fir waarm Rëssbildung ass haaptsächlech op intern Spannungen zeréckzeféieren, déi d'Bildung vu Lächer a Rëss verursaachen. Hir Bildung a Verdeelung gi vun den Legierungselementer, der metallurgescher Qualitéit vun der Schmelz an de Parameter vum semi-kontinuéierleche Goss bestëmmt. Besonnesch grouss Barren aus Aluminiumlegierungen aus der Serie 7xxx si besonnesch ufälleg fir waarm Rëssbildung wéinst de ville Legierungselementer, breede Festigungsberäicher, héije Gossspannungen, Oxidatiounsseparatioun vun de Legierungselementer, relativ schlechter metallurgescher Qualitéit an enger gerénger Formbarkeet bei Raumtemperatur.
1.5 Studien hunn gewisen, datt elektromagnetesch Felder a Legierungselementer (inklusiv Kärenraffinerien, wichteg Legierungselementer a Spuerelementer) d'Mikrostruktur an d'Ufällegkeet fir waarm Rëss vun hallef-kontinuéierlech gegossene Legierungen aus der Serie 7xxx signifikant beaflossen.
1.6 Zousätzlech, wéinst der komplexer Zesummesetzung vun der 7050 Aluminiumlegierung an dem Virhande vun liicht oxidéierenden Elementer, tendéiert d'Schmelz méi Waasserstoff ze absorbéieren. Dëst, zesumme mat Oxid-Inklusiounen, féiert zu der Koexistenz vu Gas an Inklusiounen, wat zu engem héije Waasserstoffgehalt an der Schmelz féiert. De Waasserstoffgehalt ass zu engem Schlësselfaktor ginn, deen d'Inspektiounsresultater, d'Brochverhalen an d'Middegkeetsleistung vu veraarbechte Barrenmaterialien beaflosst. Dofir ass et, baséiert op dem Mechanismus vun der Waasserstoffpräsenz an der Schmelz, néideg, Adsorptiounsmedien a Filtratiouns- a Raffinéierungsausrüstung ze benotzen, fir Waasserstoff an aner Inklusiounen aus der Schmelz ze entfernen, fir eng héich gereinegt Legierungsschmelz ze kréien.
2. Mikroskopesch Ursaache vun der Rëssbildung
2.1 D'Heissrëssbildung am Barren gëtt haaptsächlech duerch d'Schrumpfquote vun der Erstarrung, d'Zousazquote an déi kritesch Gréisst vun der mëller Zon bestëmmt. Wann d'Gréisst vun der mëller Zon e kritesche Schwellwäert iwwerschreit, trëtt et Heissrëssbildung op.
2.2 Allgemeng kann de Prozess vun der Erstarrung vu Legierungen a verschidde Etappen opgedeelt ginn: Massefütterung, interdendritesch Fütterung, Dendrittrennung an Dendritbréckung.
2.3 Wärend der Dendrit-Trennungsphase ginn d'Dendritäerm méi enk gepackt an de Flëssegkeetsfloss gëtt duerch d'Uewerflächespannung limitéiert. D'Permeabilitéit vun der mëller Zon gëtt reduzéiert, an eng genuch Schrumpfung duerch d'Erstarrung an d'thermesch Belaaschtung kënnen zu Mikroporositéit oder souguer waarme Rëss féieren.
2.4 An der Dendrit-Bréckphase bleift nëmmen eng kleng Quantitéit Flëssegkeet op den dräifache Verbindungen iwwreg. Zu dësem Zäitpunkt huet dat halleffest Material eng beträchtlech Stäerkt a Plastizitéit, an de Festkierperkriech ass deen eenzege Mechanismus fir d'Schrumpfung duerch d'Erstarrung an d'thermesch Belaaschtung ze kompenséieren. Dës zwou Phasen hunn am wahrscheinlechsten d'Bildung vu Schrumpflücken oder waarme Rëss.
3. Virbereedung vu qualitativ héichwäertege Plackebarren op Basis vu Rëssbildungsmechanismen
3.1 Grouss Plackebarren weisen dacks Uewerflächenrëss, intern Porositéit an Aschlëss op, déi d'mechanescht Verhale während der Erstarrung vun der Legierung staark beaflossen.
3.2 Déi mechanesch Eegeschafte vun der Legierung während der Erstarrung hänken haaptsächlech vun den internen strukturellen Eegenschaften of, dorënner d'Käregréisst, den Waasserstoffgehalt an d'Inklusiounsniveauen.
3.3 Fir Aluminiumlegierungen mat dendritesche Strukturen beaflosst den Ofstand tëscht den sekundären Dendrit-Äerm (SDAS) souwuel d'mechanesch Eegeschafte wéi och de Verfestigungsprozess wesentlech. E méi feinen SDAS féiert zu enger fréierer Porositéitsbildung a méi héije Porositéitsundeeler, wouduerch d'kritesch Spannung fir waarm Rëssbildung reduzéiert gëtt.
3.4 Defekter wéi interdendritesch Schrumpflöcher an Inklusiounen schwächen d'Zähegkeet vum Feststoffskelett staark a reduzéieren déi kritesch Spannung, déi fir waarm Rëssbildung erfuerderlech ass, däitlech.
3.5 D'Morphologie vun de Kären ass en anere wichtege mikrostrukturelle Faktor, deen d'Verhale vu waarme Rëss beaflosst. Wann d'Kären vun säulenförmigen Dendriten zu kugelfërmegen, gläichachsegen Kären iwwergoen, weist d'Legierung eng méi niddreg Steifheetstemperatur an eng verbessert interdendritesch Flëssegkeetspermeabilitéit op, wat de Porenwuesstum ënnerdréckt. Zousätzlech kënne méi fein Kären méi grouss Dehnungen a Verformungsraten ophuelen a méi komplex Rëssausbreedungsweeër presentéieren, wouduerch d'allgemeng Tendenz zu waarme Rëss reduzéiert gëtt.
3.6 An der praktescher Produktioun kann d'Optimiséierung vun der Schmelzbehandlung an de Gosstechniken – wéi zum Beispill eng strikt Kontroll vun der Inklusioun an dem Waasserstoffgehalt, souwéi der Kärenstruktur – den internen Widderstand vu Plackebarren géint waarm Rëssbildung verbesseren. Kombinéiert mat optiméiertem Tooldesign a Veraarbechtungsmethoden kënnen dës Moossnamen zu der Produktioun vu Plackebarren mat héijer Ausbezuelung, grousser Skala a qualitativ héichwäerteg féieren.
4. Kärenverfeinerung vu Barren
D'Aluminiumlegierung 7050 benotzt haaptsächlech zwou Zorte vu Kärenraffinéierer: Al-5Ti-1B an Al-3Ti-0.15C. Vergläichend Studien iwwer d'Inline-Applikatioun vun dëse Raffinéierer weisen:
4.1 Barren, déi mat Al-5Ti-1B raffinéiert goufen, weisen däitlech méi kleng Kärgréissten an en méi gläichméissegen Iwwergang vum Barrenrand an d'Mëtt. Déi grobkäreg Schicht ass méi dënn, an den allgemenge Kärenverfeinerungseffekt ass méi staark iwwer de Barren.
4.2 Wann Réistoffer benotzt ginn, déi virdru mat Al-3Ti-0.15C raffinéiert goufen, gëtt den Effekt vun der Kärenverfeinerung vum Al-5Ti-1B reduzéiert. Ausserdeem verbessert d'Erhéijung vun der Al-Ti-B-Zousätz iwwer e bestëmmte Punkt d'Kärenverfeinerung net proportional. Dofir sollten d'Al-Ti-B-Zousätz op maximal 2 kg/t limitéiert sinn.
4.3 Barren, déi mat Al-3Ti-0.15C raffinéiert goufen, bestinn haaptsächlech aus feine, kugelfërmegen, gläichachsegen Kären. D'Käregréisst ass relativ gläichméisseg iwwer d'Breet vum Plack. Eng Zousaz vun 3–4 kg/t Al-3Ti-0.15C ass effektiv fir d'Produktqualitéit ze stabiliséieren.
4.4 Bemierkenswäert ass, datt wann Al-5Ti-1B an enger 7050-Legierung benotzt gëtt, d'TiB₂-Partikelen sech ënner schnelle Ofkillungsbedingungen a Richtung Oxidfilm op der Barrenuewerfläch segregéieren a Gruppen bilden, déi zu Schlakbildung féieren. Wärend der Erstarrung vum Barren schrumpfen dës Gruppen no bannen a bilden nutenähnlech Falten, wouduerch d'Uewerflächespannung vun der Schmelz verännert gëtt. Dëst erhéicht d'Viskositéit vun der Schmelz a reduzéiert d'Flëssegkeet, wat dann d'Rëssbildung um Fouss vun der Form an den Ecker vun de breede a schmuele Flächen vum Barren fördert. Dëst erhéicht d'Rëssbildung däitlech an beaflosst den Barrenausbezuel negativ.
4.5 Ënner Berécksiichtegung vum Formverhalen vun der 7050-Legierung, der Kärenstruktur vun ähnlechen nationalen an internationalen Barren, an der Qualitéit vun de fäerdege veraarbechte Produkter, gëtt Al-3Ti-0.15C als In-line-Kärenraffinierer fir d'Goss vun der 7050-Legierung bevorzugt - ausser spezifesch Konditioune verlaangen anescht.
5. Kärenraffinéierungsverhalen vun Al-3Ti-0.15C
5.1 Wann de Kärenraffinéierer bei 720 °C derbäigesat gëtt, bestinn d'Kären haaptsächlech aus gläichachsegen Strukturen mat e puer Ënnerstrukturen a si sinn am klengsten a Gréisst.
5.2 Wann d'Schmëlz no der Zousetzung vum Raffiner ze laang gehale gëtt (z.B. méi wéi 10 Minutten), dominéiert e grobt dendritescht Wuesstum, wat zu méi gréissere Kären féiert.
5.3 Wann d'Zousätzlech Quantitéit u Kärenraffinierer 0,010% bis 0,015% ass, ginn fein gläichachseg Kären erreecht.
5.4 Baséierend op dem industrielle Prozess vun der 7050-Legierung sinn déi optimal Konditioune fir d'Käreverfeinerung: Zousaztemperatur ongeféier 720 °C, Zäit vum Zousaz bis zur endgülteger Erstarrung kontrolléiert bannent 20 Minutten, an eng Raffineriequantitéit vun ongeféier 0,01–0,015% (3–4 kg/t Al-3Ti-0,15C).
5.5 Trotz Variatiounen an der Barrengréisst ass déi total Zäit vum Zousaz vum Kärenraffiner nom Ausgang vun der Schmelz, iwwer den In-Line-System, den Trog an d'Form, bis zur endgülteger Erstarrung typescherweis 15–20 Minutten.
5.6 An industrielle Kontexter verbessert d'Erhéijung vun der Quantitéit u Kärenraffinierungsmëttel iwwer en Ti-Gehalt vun 0,01% d'Kärenraffinéierung net wesentlech. Amplaz féiert exzessiv Zousätz zu Ti- a C-Anreicherung, wat d'Wahrscheinlechkeet vu Materialdefekter erhéicht.
5.7 Tester op verschiddene Punkten - Entgasungsanlaaf, Entgasungsauslaf a Gossränn - weisen minimal Ënnerscheeder an der Käregréisst. Wann de Raffiner direkt um Gossränn ouni Filtratioun bäigefüügt gëtt, erhéicht dat awer de Risiko vu Mängel bei der Ultraschallinspektioun vu veraarbechte Materialien.
5.8 Fir eng gläichméisseg Kärenraffinéierung ze garantéieren an d'Akkumulatioun vum Raffinerium ze vermeiden, soll de Kärenraffinerium um Agank vum Entgasungssystem bäigefüügt ginn.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 16. Juli 2025
