1. Makróskópískir þættir sem stuðla að sprungumyndun
1.1 Við hálfsamfellda steypu er kælivatni úðað beint á yfirborð steypustangarinnar, sem myndar brattan hitahalla innan steypunnar. Þetta leiðir til ójafnrar samdráttar milli mismunandi svæða, sem veldur gagnkvæmri samdrátt og myndar hitaspennu. Undir ákveðnum spennusviðum getur þessi spenna leitt til sprungna í steypunni.
1.2 Í iðnaðarframleiðslu koma sprungur í steypujárni oft fram á upphafsstigi steypu eða myndast sem örsprungur sem síðar fjölga sér við kælingu og hugsanlega dreifast um allt steypujárnið. Auk sprungna geta aðrir gallar eins og kaldlokanir, aflögun og fjaðurhögg einnig komið fram á upphafsstigi steypujárnsins, sem gerir það að mikilvægu stigi í öllu steypuferlinu.
1.3 Næmi beinnar kælisteypu fyrir heitsprungum er verulega háð efnasamsetningu, viðbótum aðalmálmblöndu og magni kornhreinsiefna sem notuð eru.
1.4 Næmi málmblöndu fyrir heitsprungum stafar aðallega af innri spennu sem veldur myndun holrúma og sprungna. Myndun þeirra og dreifing er ákvörðuð af málmblönduþáttum, bráðnunargæðum málmvinnslu og breytum hálf-samfelldrar steypu. Sérstaklega eru stórar álstönglar af 7xxx seríu álblöndu sérstaklega viðkvæmir fyrir heitsprungum vegna margra málmblönduþátta, breiðs storknunarbils, mikils steypuspennu, oxunaraðskilnaðar málmblönduþátta, tiltölulega lélegra málmvinnslugæða og lítillar mótun við stofuhita.
1.5 Rannsóknir hafa sýnt að rafsegulsvið og málmblöndur (þar á meðal kornhreinsiefni, helstu málmblöndur og snefilefni) hafa veruleg áhrif á örbyggingu og næmi fyrir heitsprungum í hálf-samfellt steyptum málmblöndum af 7xxx seríunni.
1.6 Þar að auki, vegna flókinnar samsetningar 7050 álfelgunnar og nærveru auðoxaðra frumefna, hefur bræðslan tilhneigingu til að taka upp meira vetni. Þetta, ásamt oxíðinnfellingum, leiðir til samhliða tilvistar gass og innfellinga, sem leiðir til mikils vetnisinnihalds í bræðsunni. Vetnisinnihald hefur orðið lykilþáttur sem hefur áhrif á skoðunarniðurstöður, brothegðun og þreytuþol uninna stálstöngefna. Þess vegna, byggt á ferli vetnisnærveru í bræðsunni, er nauðsynlegt að nota aðsogsmiðla og síunar-hreinsunarbúnað til að fjarlægja vetni og aðrar innfellingar úr bræðsunni til að fá mjög hreinsaða bráðnu málmblöndu.
2. Smásjár orsakir sprungumyndunar
2.1 Heitsprungumyndun í stálstöngum ræðst fyrst og fremst af rýrnunarhraða storknunar, fóðrunarhraða og mikilvægri stærð mauksvæðisins. Ef stærð mauksvæðisins fer yfir mikilvæg mörk mun heitsprunga myndast.
2.2 Almennt má skipta storknunarferli málmblöndur í nokkur stig: magnfóðrun, millidendrítafóðrun, dendrítaaðskilnað og dendrítabrú.
2.3 Á aðskilnaðarstigi dendríta verða dendrítarmar þéttari og vökvaflæði takmarkast af yfirborðsspennu. Gegndræpi mjúka svæðisins minnkar og nægileg rýrnun við storknun og hitaspenna getur leitt til örholnunar eða jafnvel heitra sprungna.
2.4 Í brúarstigi dendríta er aðeins lítið magn af vökva eftir á þreföldum tengipunktum. Á þessum tímapunkti hefur hálffasta efnið töluverðan styrk og mýkt, og skrið í föstu formi er eina ferlið sem bætir upp fyrir rýrnun við storknun og hitaspennu. Þessi tvö stig eru líklegust til að mynda rýrnunarhol eða heitar sprungur.
3. Undirbúningur hágæða hellusteina byggður á sprungumyndunarferlum
3.1 Stórir hellustangir sýna oft sprungur á yfirborði, innri gegndræpi og innifalin efni, sem hafa alvarleg áhrif á vélræna hegðun málmblöndunnar við storknun.
3.2 Vélrænir eiginleikar málmblöndunnar við storknun eru að miklu leyti háðir innri byggingareiginleikum, þar á meðal kornastærð, vetnisinnihaldi og innilokunarstigi.
3.3 Fyrir álblöndur með dendrítbyggingu hefur millibil milli annars stigs dendríta (SDAS) veruleg áhrif á bæði vélræna eiginleika og storknunarferlið. Fínni SDAS leiðir til fyrri myndunar á gegndræpi og hærra hlutfalls gegndræpis, sem dregur úr mikilvægu spennu fyrir heitsprungur.
3.4 Gallar eins og holrými og innifalin milli dendritískra rýrnunar veikja verulega seigju fasts stoðgrindarinnar og draga verulega úr þeirri gagnrýnu spennu sem þarf til heitsprungumyndunar.
3.5 Kornalögun er annar mikilvægur örbyggingarþáttur sem hefur áhrif á hegðun heitsprungna. Þegar korn breytast úr súlulaga dendrítum í kúlulaga jafnása korn, sýnir málmblöndunin lægri stífleikahita og bætta gegndræpi milli dendríta, sem dregur úr vexti pora. Að auki geta fínni korn tekist á við meiri álag og álagshraða og sýnt fram á flóknari sprunguútbreiðsluleiðir, sem dregur úr heildartilhneigingu til heitsprungna.
3.6 Í hagnýtri framleiðslu getur fínstilling á bræðslumeðhöndlun og steyputækni — svo sem að stjórna ströngu innihaldi og vetnisinnihaldi, sem og kornabyggingu — bætt innri viðnám platna gegn heitri sprungumyndun. Í samsetningu við fínstillingar á verkfærahönnun og vinnsluaðferðum geta þessar ráðstafanir leitt til framleiðslu á hágæða platna með mikilli afköstum í stórum stíl.
4. Kornhreinsun á ingotum
Í 7050 álblöndu eru aðallega notaðar tvær gerðir af kornhreinsivélum: Al-5Ti-1B og Al-3Ti-0.15C. Samanburðarrannsóknir á notkun þessara hreinsivéla í línu sýna:
4.1 Hrísgrjón sem eru hreinsuð með Al-5Ti-1B sýna marktækt minni kornastærðir og jafnari umskipti frá brún hrísgrjónsins að miðjunni. Grófkornalagið er þynnra og heildar kornahreinsunaráhrifin eru sterkari yfir hrísgrjónin.
4.2 Þegar notað er hráefni sem áður hefur verið hreinsað með Al-3Ti-0.15C minnkar kornhreinsunaráhrif Al-5Ti-1B. Ennfremur eykur aukning á Al-Ti-B viðbótinni umfram ákveðið mark ekki hlutfallslega kornhreinsunina. Þess vegna ætti að takmarka Al-Ti-B viðbótina við ekki meira en 2 kg/t.
4.3 Stöngull sem hreinsaður er með Al-3Ti-0.15C samanstendur aðallega af fínum, kúlulaga jafnöxuðum kornum. Kornastærðin er tiltölulega jöfn eftir breidd hellunnar. Viðbót upp á 3–4 kg/t af Al-3Ti-0.15C er áhrifarík til að stöðuga gæði vörunnar.
4.4 Það er athyglisvert að þegar Al-5Ti-1B er notað í 7050 málmblöndu, þá hafa TiB₂ agnir tilhneigingu til að safnast að oxíðfilmunni á yfirborði stálblástursins við hraða kælingu og mynda klasa sem leiða til myndunar gjalls. Við storknun stálblástursins skreppa þessir klasar inn á við og mynda raufarlaga fellingar, sem breyta yfirborðsspennu bráðins. Þetta eykur seigju bráðins og dregur úr flæði, sem aftur stuðlar að sprungumyndun við botn mótsins og í hornum breiðu og mjóu yfirborða stálblástursins. Þetta eykur verulega tilhneigingu til sprungna og hefur neikvæð áhrif á afköst stálblástursins.
4.5 Miðað við mótunarhegðun 7050 málmblöndunnar, kornabyggingu svipaðra innlendra og erlendra stálstöngva og gæði lokaafurðanna, er Al-3Ti-0.15C æskilegrar notkunar sem kornahreinsir fyrir steypu 7050 málmblöndunnar — nema sérstakar aðstæður krefjist annars.
5. Kornhreinsunarhegðun Al-3Ti-0.15C
5.1 Þegar kornhreinsiefni er bætt við við 720 °C, samanstanda kornin aðallega af jafnásaðri strúktúr með nokkrum undirbyggingum og eru fínust að stærð.
5.2 Ef bráðið er haldið of lengi eftir að hreinsiefninu er bætt við (t.d. lengur en í 10 mínútur), þá verður grófur dendríti ríkjandi, sem leiðir til grófari korna.
5.3 Þegar viðbótarmagn kornhreinsiefnis er 0,010% til 0,015%, næst fín jafnása korn.
5.4 Miðað við iðnaðarferli 7050 málmblöndunnar eru bestu skilyrðin fyrir kornhreinsun: viðbótarhitastig um 720 °C, tími frá viðbót til loka storknunar stýrður innan 20 mínútna og magn hreinsiefnisins um það bil 0,01–0,015% (3–4 kg/t af Al-3Ti-0,15C).
5.5 Þrátt fyrir mismunandi stærð á stöngum, er heildartíminn frá því að kornhreinsiefnið er bætt við eftir að bráðið hefur farið út, í gegnum línukerfið, trogið og mótið, þar til það storknar að fullu, yfirleitt 15–20 mínútur.
5.6 Í iðnaðarumhverfi bætir aukning á magni kornhreinsiefnis umfram títaninnihald upp á 0,01% ekki marktækt kornhreinsunina. Þess í stað leiðir óhófleg viðbót til auðgunar títans og C, sem eykur líkur á efnisgöllum.
5.7 Prófanir á mismunandi stöðum — inntaki afgass, úttaki afgass og steypugöng — sýna lágmarksmun á kornastærð. Hins vegar eykur það hættuna á göllum við ómskoðun á unnum efnum að bæta hreinsiefninu beint við steypugöngin án síunar.
5.8 Til að tryggja jafna kornhreinsun og koma í veg fyrir uppsöfnun hreinsiefnis ætti að bæta kornhreinsunarefninu við inntak afgasunarkerfisins.
Birtingartími: 16. júlí 2025
