Walaupun aluminium dan aloinya telah digunakan untuk mengimpal ke dalam banyak produk penting, pengeluaran kimpalan sebenar bukan tanpa kesukaran. Masalah utama ialah: liang dalam kimpalan, kimpalan retak panas, dan "kekuatan yang sama" sendi. Oleh kerana aktiviti kimia aluminium dan aloinya yang kuat, ia adalah mudah untuk membentuk filem oksida di permukaan, dan kebanyakannya mempunyai sifat refraktori (contohnya, takat lebur Al2O3 ialah 2050 darjah, dan takat lebur MgO. ialah 2500 darjah). Di samping itu, aluminium dan aloinya mempunyai kekonduksian haba yang kuat. Ia adalah mudah untuk menyebabkan fenomena bukan gabungan semasa kimpalan. Oleh kerana ketumpatan filem oksida adalah sangat hampir dengan aluminium, ia juga mudah untuk menjadi kemasukan dalam logam kimpalan. Pada masa yang sama, filem oksida (terutamanya filem oksida dengan kehadiran MgO, yang tidak begitu padat) boleh menyerap lebih banyak kelembapan dan sering menjadi salah satu sebab penting untuk liang kimpalan.
Di samping itu, aluminium dan aloinya mempunyai pekali pengembangan linear yang besar dan kekonduksian terma yang kuat, dan terdedah kepada ubah bentuk meledingkan semasa mengimpal. Ini juga merupakan masalah yang agak sukar dalam pengeluaran kimpalan. Berikut, analisis mendalam tentang keretakan yang agak serius yang dijana semasa ujian dijalankan.
1. Retak dan ciri-cirinya dalam sambungan kimpalan aloi aluminium
Dalam proses kimpalan aloi aluminium, disebabkan oleh jenis, sifat dan struktur kimpalan bahan yang berbeza, pelbagai retakan boleh muncul pada sambungan yang dikimpal, dan bentuk dan ciri pengedaran retakan adalah sangat kompleks. Mengikut bahagian yang dihasilkan, mereka boleh dibahagikan kepada dua jenis bentuk retak berikut:
(1) Keretakan dalam logam kimpalan: retak membujur, retak melintang, retakan kawah, retak rambut atau arka, retak akar dan retakan mikro (terutamanya dalam kimpalan berbilang lapisan).
(2) Keretakan di zon terjejas haba: retak kaki kimpal, retak lamina dan retak haba mikroskopik berhampiran garisan gabungan. Mengikut julat suhu penjanaan retak, ia dibahagikan kepada retak panas dan retak sejuk. Retakan panas dijana pada suhu tinggi semasa kimpalan, yang disebabkan terutamanya oleh pengasingan unsur aloi pada sempadan butiran atau kewujudan bahan takat lebur yang rendah.
Bergantung pada bahan logam yang akan dikimpal, bentuk, julat suhu dan sebab utama terjadinya retakan panas juga berbeza. Retakan panas boleh dibahagikan kepada tiga kategori: retak penghabluran, retak pencairan dan retak poligon. Retakan penghabluran terutamanya dihasilkan dalam retakan panas. Semasa proses penghabluran kimpalan, berhampiran garisan solidus, disebabkan pengecutan logam pepejal, sisa logam cecair tidak dapat diisi dalam masa.
Keretakan antara butiran berlaku di bawah tindakan tegasan pengecutan pemejalan atau daya luaran, yang terutamanya berlaku dalam keluli karbon, kimpalan keluli aloi rendah dan beberapa aloi aluminium dengan lebih banyak kekotoran; retakan pencairan dipanaskan di zon terjejas haba untuk Dihasilkan di bawah tindakan tegasan pengecutan semasa pemejalan sempadan butiran suhu tinggi.
Semasa ujian, didapati apabila permukaan bahan pengisi tidak dibersihkan dengan secukupnya, masih terdapat banyak kemasukan dan sedikit liang dalam kimpalan selepas kimpalan. Dalam tiga set ujian, kerana bahan pengisi kimpalan adalah struktur tuang, dan kemasukan adalah bahan takat lebur yang tinggi, ia masih akan wujud dalam kimpalan selepas kimpalan;
Di samping itu, struktur tuangan agak jarang, dan terdapat banyak lubang, yang mudah menyerap komponen yang mengandungi air kristal dan kualiti minyak, yang akan menjadi faktor yang menjana liang semasa proses kimpalan. Apabila kimpalan berada di bawah tekanan tegangan, kemasukan dan liang ini sering menjadi tapak utama untuk mendorong retakan mikro.
Pemerhatian lanjut melalui mikroskop mendedahkan bahawa terdapat kecenderungan yang jelas untuk kemasukan ini dan retakan mikro yang disebabkan oleh liang untuk bersilang antara satu sama lain. Walau bagaimanapun, masih sukar untuk menilai sama ada kesan berbahaya daripada kemasukan terutamanya ditunjukkan sebagai sumber kepekatan tegasan untuk mendorong keretakan, atau ia ditunjukkan terutamanya sebagai fasa rapuh untuk mendorong keretakan.
Di samping itu, secara amnya dipercayai bahawa liang-liang dalam kimpalan aloi aluminium-magnesium tidak mempunyai kesan yang ketara ke atas kekuatan tegangan logam kimpalan. fenomena keretakan.
Sama ada fenomena retakan mikro yang disebabkan oleh keliangan hanyalah fenomena sekunder atau salah satu faktor utama yang menyebabkan penurunan ketara dalam kekuatan tegangan kimpalan masih perlu dikaji lebih lanjut.
2. Proses penghasilan rekahan panas
Pada masa ini, teori Prokhorov dianggap lebih lengkap di dalam dan di luar negara mengenai teori kimpalan retak panas. Secara umumnya, teori ini percaya bahawa kejadian retakan kristal bergantung terutamanya kepada tiga aspek berikut: saiz julat suhu rapuh; kemuluran aloi dalam julat suhu ini dan kadar ubah bentuk logam dalam julat suhu rapuh.
Biasanya orang memanggil saiz julat suhu rapuh dan nilai kemuluran dalam julat suhu ini sebagai faktor metalurgi yang menghasilkan retak kimpalan panas, dan kadar ubah bentuk logam dalam julat suhu rapuh dipanggil faktor mekanikal.
Proses kimpalan adalah sintesis siri proses proses yang tidak seimbang. Ciri ini pada asasnya berkaitan dengan faktor metalurgi dan mekanikal patah logam sendi yang dikimpal. Sebagai contoh, produk proses kimpalan dan proses metalurgi adalah fizikal dan kimia. dan ketidakhomogenan struktur, sanga dan kemasukan, unsur gas dan kekosongan dalam kepekatan supertepu, dsb.
Semua ini adalah faktor metalurgi yang berkait rapat dengan permulaan dan perkembangan keretakan. Dari perspektif faktor mekanikal, kecerunan suhu tertentu dan kadar penyejukan kitaran haba kimpalan, di bawah keadaan sekatan tertentu, akan menjadikan sambungan dikimpal dalam keadaan terikan-tekanan yang kompleks, sekali gus menyediakan keadaan yang diperlukan untuk permulaan dan perkembangan retakan.
Dalam proses kimpalan, kesan gabungan faktor metalurgi dan faktor mekanikal akan dikaitkan dengan dua aspek, iaitu sama ada untuk menguatkan sambungan logam atau melemahkan sambungan logam. Jika sambungan kekuatan sedang diwujudkan dalam logam sambungan yang dikimpal semasa penyejukan, ia boleh ditegang dengan patuh di bawah keadaan kekangan tegar tertentu, dan apabila kimpalan dan logam berhampiran kimpalan boleh menahan tindakan tegasan kekangan yang dikenakan dan intrinsik. tekanan sisa, keretakan tidak mudah berlaku. , kerentanan retak logam pada sambungan dikimpal adalah rendah,Sebaliknya, apabila tegasan tidak dapat diterima, sambungan kekuatan dalam logam mudah terganggu, dan keretakan akan berlaku. Dalam kes ini, kerentanan retak logam sambungan yang dikimpal adalah tinggi. Logam sambungan kimpalan bermula dari suhu penghabluran dan pemejalan, dan menyejukkan ke suhu bilik pada kadar tertentu, dan kepekaan retaknya ditentukan oleh perbandingan kapasiti ubah bentuk dan terikan yang digunakan, dan perbandingan rintangan ubah bentuk dan tegasan yang dikenakan.
Walau bagaimanapun, semasa proses penyejukan, pada peringkat suhu yang berbeza, disebabkan oleh pertumbuhan kekuatan antara butiran dan kekuatan butiran yang berbeza, pengagihan ubah bentuk antara bijirin dan dalam bijirin, tingkah laku resapan yang disebabkan oleh terikan adalah berbeza, dan kepekatan tegasan adalah berbeza. Keadaan dan faktor yang menyebabkan kerosakan logam adalah berbeza, pautan lemah khusus sambungan yang dikimpal dan faktor dan darjah kelemahannya juga berbeza.
Faktor metalurgi dan faktor mekanikal yang menyebabkan keretakan pada logam sambungan yang dikimpal adalah berkait rapat. Kecerunan tegasan dalam faktor mekanikal adalah berkaitan dengan kecerunan suhu yang ditentukan oleh ciri kitaran haba, dan yang terakhir berkait rapat dengan kekonduksian haba logam, seperti perubahan termoplastik logam. Faktor metalurgi seperti ciri, pengembangan haba dan transformasi mikrostruktur memainkan peranan penting dalam keadaan terikan-tekanan logam sambungan yang dikimpal pada tahap yang besar.
Di samping itu, apabila suhu menurun dan kadar penyejukan berubah, faktor metalurgi dan mekanikal juga berubah, dan kekuatan logam sambungan yang dikimpal adalah berbeza dalam julat suhu yang berbeza. Sebagai contoh, jika julat suhu penghabluran adalah besar, pepejal Suhu garisan fasa adalah rendah, dan ia lebih berkemungkinan menyebabkan kepekatan tegasan pada logam cecair cair rendah yang tinggal di antara butiran, mengakibatkan keretakan pada logam fasa pepejal;
Begitu juga, apabila suhu berkurangan, jika jumlah pengecutan adalah besar, terutamanya di bawah keadaan penyejukan pantas, apabila kadar terikan pengecutan tinggi dan keadaan terikan tegasan lebih teruk, retak dan sebagainya terdedah kepada berlaku.
Pada peringkat akhir pemejalan dan penghabluran logam kimpalan semasa mengimpal aloi aluminium, eutektik lebur rendah diperah keluar di tengah tempat kristal bertemu, membentuk apa yang dipanggil "filem cecair". Apabila pengecutan bebas menghasilkan tegasan tegangan yang besar, filem cecair membentuk pautan yang agak lemah pada masa ini, dan di bawah tindakan tegasan tegangan, ia mungkin retak di kawasan yang lemah untuk membentuk retak.
3. Mekanisme penjanaan retak panas
Untuk mengkaji masa yang paling mungkin retak panas berlaku apabila aloi aluminium dikimpal, penghabluran kolam kimpalan semasa kimpalan aloi aluminium dibahagikan kepada tiga peringkat.
Peringkat pertama ialah peringkat cecair-pepejal. Apabila kolam kimpalan mula menghablur daripada penyejukan suhu tinggi, hanya sebilangan kecil nukleus kristal wujud. Dengan penurunan suhu dan pemanjangan masa penyejukan, nukleus kristal secara beransur-ansur membesar, dan nukleus kristal baru muncul, tetapi dalam proses ini, fasa cecair sentiasa menduduki jumlah yang besar, dan tidak ada sentuhan antara butiran kristal bersebelahan. Aliran bebas aloi aluminium cecair tidak pejal tidak membentuk halangan.
Dalam kes ini, walaupun terdapat tegasan tegangan, jurang yang dibuka boleh diisi dalam masa oleh logam cecair aloi aluminium yang mengalir, jadi kemungkinan retak pada peringkat cecair-pepejal adalah sangat kecil.
Peringkat kedua ialah peringkat pepejal-cecair. Apabila penghabluran kolam lebur kimpalan berterusan, fasa pepejal dalam kolam lebur terus meningkat, dan nukleus terhablur sebelum ini terus berkembang. Apabila suhu jatuh ke nilai tertentu, logam aloi aluminium yang telah dipejal Hablur bersentuhan antara satu sama lain dan terus digulung bersama. Pada masa ini, aliran aloi aluminium cecair terhalang, iaitu, penghabluran kolam lebur telah memasuki peringkat pepejal-cecair.
Dalam kes ini, disebabkan kekurangan logam aloi aluminium cecair, ubah bentuk kristal itu sendiri boleh dibangunkan dengan kuat, fasa cecair yang tinggal di antara kristal tidak mudah mengalir, dan jurang kecil yang dihasilkan di bawah tindakan tegasan tegangan tidak dapat diisi, selagi ada sedikit Kehadiran tegasan tegangan berpotensi menghasilkan keretakan. Oleh itu, peringkat ini dipanggil "zon suhu rapuh".
Peringkat ketiga ialah peringkat pemejalan lengkap. Kimpalan yang terbentuk selepas logam kolam lebur dipadatkan sepenuhnya akan menunjukkan kekuatan dan keplastikan yang baik apabila tertakluk kepada tegasan tegangan. Kemungkinan retak pada peringkat ini agak kecil. .
Oleh itu, apabila suhu lebih tinggi atau lebih rendah daripada zon suhu rapuh antara ab, logam kimpalan mempunyai keupayaan yang lebih besar untuk menahan retakan penghabluran dan kecenderungan retak yang lebih kecil. Secara amnya, untuk logam yang kurang kekotoran (termasuk logam asas dan bahan kimpalan), disebabkan julat suhu rapuh yang sempit, tegasan tegangan bertindak dalam julat ini untuk masa yang singkat, supaya jumlah terikan kimpalan adalah agak kecil.
Oleh itu, kecenderungan keretakan yang dihasilkan semasa kimpalan adalah kurang. Jika terdapat lebih banyak kekotoran dalam kimpalan, julat suhu rapuh adalah lebih luas, tegasan tegangan dalam julat ini lebih panjang, dan kecenderungan untuk retak lebih besar.
4. Langkah-langkah pencegahan retakan kimpalan aloi aluminium
Mengikut mekanisme retak panas semasa mengimpal aloi aluminium, penambahbaikan boleh dibuat daripada dua aspek faktor metalurgi dan faktor proses untuk mengurangkan kebarangkalian retak panas dalam kimpalan aloi aluminium.
Dari segi faktor metalurgi, untuk mengelakkan keretakan haba antara butiran semasa mengimpal, ia adalah terutamanya dengan melaraskan sistem logam jahitan kimpalan atau menambah pengubah suai pada logam pengisi. Fokus melaraskan sistem jahitan kimpalan, dari perspektif rintangan retak, adalah untuk mengawal jumlah eutektik boleh lebur yang sesuai dan menyempitkan julat suhu penghabluran.
Oleh kerana aloi aluminium adalah aloi eutektik biasa, kecenderungan retak maksimum sepadan dengan julat suhu pemejalan "maksimum" aloi, dan kehadiran sejumlah kecil eutektik sentiasa meningkatkan kecenderungan retak pemejalan. Kandungan unsur melebihi komposisi aloi di mana kecenderungan retak adalah paling besar, supaya kesan "penyembuhan" boleh berlaku.
Sebagai pengubah suai, unsur surih seperti Ti, Zr, V, dan B telah ditambahkan pada logam pengisi dalam usaha untuk meningkatkan keplastikan dan keliatan dengan menapis butiran, dan untuk mengelakkan retakan panas kimpalan. , dan mencapai keputusan. Rajah 3 menunjukkan keputusan ujian rintangan retak Al-4.5%Mg wayar kimpalan dengan pengubah suai ditambah di bawah keadaan kimpalan fillet pusingan tegar.
Zr yang ditambah dalam ujian ialah {{0}}.15%, dan Ti+B ialah 0.1%. Ia boleh dilihat bahawa menambah Ti dan B pada masa yang sama boleh meningkatkan rintangan retak dengan ketara. Ciri umum unsur seperti Ti, Zr, V, B dan Ta ialah ia boleh membentuk satu siri tindak balas peritektik dengan aluminium untuk membentuk sebatian logam refraktori (Al3Ti, Al3Zr, Al7V, AlB2, Al3Ta, dll.). Zarah-zarah refraktori kecil tersebut boleh menjadi nukleus pemejalan bukan spontan apabila logam cecair menjadi pejal, dengan itu menghasilkan kesan penghalusan bijirin.
Dari segi faktor proses, terutamanya spesifikasi kimpalan, pemanasan awal, bentuk sambungan dan urutan kimpalan, kaedah ini semuanya berdasarkan tegasan kimpalan untuk menyelesaikan keretakan kimpalan. Parameter proses kimpalan mempengaruhi ketidakseimbangan proses pemejalan dan keadaan struktur mikro proses pemejalan, dan juga mempengaruhi kadar pertumbuhan terikan semasa proses pemejalan, sekali gus menjejaskan penjanaan retak.
Kaedah kimpalan dengan tenaga haba pekat adalah kondusif untuk proses kimpalan yang cepat, yang boleh menghalang pembentukan kristal kolumnar kasar dengan arah yang kuat, dengan itu meningkatkan rintangan retak. Menggunakan arus kimpalan yang kecil dan memperlahankan kelajuan kimpalan boleh mengurangkan kepanasan melampau kolam lebur dan meningkatkan rintangan retak.
Peningkatan kelajuan kimpalan menggalakkan peningkatan kadar terikan sambungan dikimpal, yang meningkatkan kecenderungan retak panas. Ia boleh dilihat bahawa meningkatkan kelajuan kimpalan dan arus kimpalan menggalakkan peningkatan kecenderungan retak. Semasa pemasangan dan kimpalan struktur aluminium, jahitan kimpalan tidak tertakluk kepada ketegaran yang besar, dan langkah-langkah seperti kimpalan bersegmen, pemanasan awal atau pengurangan kelajuan kimpalan yang sesuai boleh diguna pakai dalam proses.
Melalui prapemanasan, pengembangan relatif bahagian ujian boleh dibuat lebih kecil, tegasan kimpalan boleh dikurangkan dengan sewajarnya, dan tegasan dalam julat suhu rapuh dapat dikurangkan; cuba gunakan kimpalan punggung dengan alur terbuka dan celah kecil, dan elakkan penggunaan sambungan salib dan Urutan kedudukan dan kimpalan yang tidak betul; apabila kimpalan berakhir atau terganggu, kawah arka harus diisi dalam masa, dan kemudian sumber haba harus dikeluarkan, jika tidak, ia akan menyebabkan keretakan kawah arka dengan mudah. Untuk sambungan kimpalan kimpalan berbilang lapisan aloi 5000 siri, retakan mikro sering dihasilkan disebabkan oleh pencairan tempatan intergranular, jadi input haba lapisan seterusnya manik kimpalan mesti dikawal.
Menurut ujian dalam kertas ini, untuk kimpalan aloi aluminium, pembersihan permukaan logam asas dan bahan pengisi juga sangat penting. Kemasukan bahan dalam kimpalan akan menjadi punca keretakan dan punca utama penurunan prestasi kimpalan.
