1. Жарықшалардың пайда болуына ықпал ететін макроскопиялық факторлар
1.1 Жартылай үздіксіз құю кезінде салқындатқыш су құйма бетіне тікелей шашылып, құйма ішінде тік температура градиентін жасайды. Бұл әртүрлі аймақтардың біркелкі емес жиырылуына әкеледі, бұл өзара шектеуді тудырады және термиялық кернеулерді тудырады. Белгілі бір кернеу өрістерінде бұл кернеулер құйма крекингіне әкелуі мүмкін.
1.2 Өнеркәсіптік өндірісте құйманың крекингі көбінесе құюдың бастапқы сатысында болады немесе кейінірек салқындату кезінде таралатын, бүкіл құйма бойына таралуы мүмкін микрожарықтар түрінде пайда болады. Крекингтен басқа, құюдың бастапқы кезеңінде суық жабу, деформация және ілу сияқты басқа ақаулар да орын алуы мүмкін, бұл оны бүкіл құю процесінде маңызды кезеңге айналдырады.
1.3 Тікелей салқындату құймасының ыстық крекингке бейімділігіне химиялық құрам, негізгі қорытпа қоспалары және пайдаланылатын дәнді тазартқыштардың саны айтарлықтай әсер етеді.
1.4 Қорытпалардың ыстық крекингке сезімталдығы негізінен қуыстар мен жарықтардың пайда болуын тудыратын ішкі кернеулерге байланысты. Олардың түзілуі мен таралуы легирленген элементтермен, балқыманың металлургиялық сапасымен, жартылай үздіксіз құю параметрлерімен анықталады. Атап айтқанда, 7xxx сериялы алюминий қорытпаларының үлкен өлшемді құймалары легирлеуші элементтердің көптігінен, кең қатаю диапазонынан, жоғары құю кернеулерінен, қорытпа элементтерінің тотығу сегрегациясынан, салыстырмалы түрде төмен металлургиялық сапада және бөлме температурасында төмен қалыптау мүмкіндігіне байланысты ыстық крекингке әсіресе бейім.
1.5 Зерттеулер көрсеткендей, электромагниттік өрістер мен легирлеуші элементтер (оның ішінде дәнді тазартқыштар, негізгі легирлеуші элементтер және микроэлементтер) жартылай үздіксіз құйылған 7xxx сериялы қорытпалардың микроқұрылымына және ыстық крекингке бейімділігіне айтарлықтай әсер етеді.
1.6 Сонымен қатар, 7050 алюминий қорытпасының күрделі құрамына және оңай тотықтыратын элементтердің болуына байланысты балқыма сутекті көбірек сіңіруге бейім. Бұл оксид қосындыларымен қосылып, газ бен қосындылардың бірге болуына әкеледі, нәтижесінде балқымадағы сутегінің мөлшері жоғары болады. Сутегі құрамы өңделген құйма материалдарының тексеру нәтижелеріне, сыну мінез-құлқына және шаршау көрсеткіштеріне әсер ететін негізгі факторға айналды. Сондықтан балқымадағы сутегінің болу механизміне сүйене отырып, жоғары тазартылған қорытпа балқымасын алу үшін балқымадан сутегі мен басқа қосындыларды кетіру үшін адсорбциялық ортаны және сүзу-тазарту жабдығын пайдалану қажет.
2. Жарықшалардың пайда болуының микроскопиялық себептері
2.1 Құйманың ыстық крекингі ең алдымен қатаюдың шөгу жылдамдығымен, қоректену жылдамдығымен және шырышты аймақтың критикалық өлшемімен анықталады. Егер шырышты аймақтың мөлшері сыни шекті мәннен асып кетсе, ыстық крекинг пайда болады.
2.2 Жалпы қорытпалардың қатаю процесін бірнеше кезеңге бөлуге болады: көлемді қоректендіру, интердендритті қоректендіру, дендритті бөлу және дендритті көпірлеу.
2.3 Дендриттің бөліну сатысында дендриттің иықшалары тығыздалады және сұйықтық ағыны беттік керілумен шектеледі. Шылшықты аймақтың өткізгіштігі төмендейді және жеткілікті қатаюдың шөгуі және термиялық кернеу микрокеуектікке немесе тіпті ыстық жарықтарға әкелуі мүмкін.
2.4 Дендритті көпірлеу сатысында үштік түйіспелерде сұйықтықтың аз ғана мөлшері қалады. Бұл кезде жартылай қатты материалдың айтарлықтай беріктігі мен пластикасы бар, ал қатты күйдегі сусымалысы қатудың шөгуін және термиялық кернеуді өтейтін жалғыз механизм болып табылады. Бұл екі кезең шөгілетін бос орындар немесе ыстық жарықтар пайда болуы мүмкін.
3. Жарықшалардың пайда болу механизмдері негізінде жоғары сапалы тақта құймаларын дайындау
3.1 Ірі өлшемді плита құймаларында қорытпаның қатаюы кезінде механикалық әрекетке қатты әсер ететін беткі жарықтар, ішкі кеуектілік және қосындылар жиі кездеседі.
3.2 Қаттыдану кезіндегі қорытпаның механикалық қасиеттері көбінесе ішкі құрылымдық ерекшеліктерге, соның ішінде түйіршік өлшеміне, сутегінің мазмұнына және қосылу деңгейіне байланысты.
3.3 Дендриттік құрылымдары бар алюминий қорытпалары үшін дендриттің қайталама иінінің аралығы (SDAS) механикалық қасиеттерге де, қатаю процесіне де айтарлықтай әсер етеді. Жіңішке SDAS кеуектіліктің ертерек қалыптасуына және кеуектіліктің жоғары фракцияларына әкеледі, бұл ыстық крекинг үшін сыни кернеуді азайтады.
3.4 Интердендритті шөгу бос жерлері және қосындылар сияқты ақаулар қатты қаңқаның беріктігін айтарлықтай әлсіретеді және ыстық крекингке қажетті сыни кернеуді айтарлықтай төмендетеді.
3.5 Дәннің морфологиясы ыстық крекингке әсер ететін тағы бір маңызды микроқұрылымдық фактор болып табылады. Дәндер бағаналы дендриттерден глобулярлы тең осьті түйіршіктерге ауысқан кезде қорытпа қаттылық температурасын төмендетеді және саңылаулардың өсуін басатын жақсартылған интердендритті сұйықтық өткізгіштігін көрсетеді. Сонымен қатар, ұсақ түйіршіктер үлкен деформация мен деформация жылдамдығын сақтай алады және күрделірек жарықшақтардың таралу жолдарын ұсына алады, осылайша жалпы ыстық крекинг үрдісін азайтады.
3.6 Тәжірибелік өндірісте балқымаларды өңдеу және құю әдістерін оңтайландыру (мысалы, инклюзия мен сутегі құрамын, сондай-ақ дәннің құрылымын қатаң бақылау) плита құймаларының ыстық крекингке ішкі төзімділігін жақсарта алады. Оңтайландырылған құрал-саймандарды жобалау және өңдеу әдістерімен біріктірілген бұл шаралар өнімділігі жоғары, ауқымды, жоғары сапалы тақта құймаларын өндіруге әкелуі мүмкін.
4. Құйманы тазарту
7050 алюминий қорытпасы негізінен астық тазартқыштардың екі түрін пайдаланады: Al-5Ti-1B және Al-3Ti-0,15C. Бұл тазартқыштарды желіде қолдану бойынша салыстырмалы зерттеулер мыналарды көрсетеді:
4.1 Al-5Ti-1B-мен тазартылған құймалар түйір өлшемдері айтарлықтай кішірек және құйма жиегінен орталыққа біркелкі ауысады. Ірі түйіршікті қабат жұқа, ал жалпы дәнді тазарту әсері құйма бойынша күштірек.
4.2 Бұрын Al-3Ti-0,15C тазартылған шикізатты пайдаланған кезде, Al-5Ti-1B дәндерін тазарту әсері төмендейді. Сонымен қатар, Al-Ti-B қоспасын белгілі бір нүктеден тыс арттыру дәннің тазартылуын пропорционалды түрде арттырмайды. Сондықтан Al-Ti-B қоспалары 2 кг/т аспайтын мөлшерде шектелуі керек.
4.3 Al-3Ti-0,15C тазартылған құймалар негізінен ұсақ, шар тәрізді тең осьті дәндерден тұрады. Дәннің мөлшері плитаның ені бойынша салыстырмалы түрде біркелкі. 3–4 кг/т Al-3Ti-0,15C қосу өнім сапасын тұрақтандыруда тиімді.
4.4 Атап айтқанда, Al-5Ti-1B 7050 қорытпасында пайдаланылған кезде, TiB₂ бөлшектері жылдам салқындату жағдайында құйма бетіндегі оксидті қабықшаға қарай бөлініп, қож түзілуіне әкелетін шоғырлар түзеді. Құймалардың қатаюы кезінде бұл шоғырлар ішке қарай жиырылып, ойық тәрізді қатпарлар түзіп, балқыманың беттік керілуін өзгертеді. Бұл балқыманың тұтқырлығын арттырады және өтімділікті төмендетеді, бұл өз кезегінде қалып түбінде және құйманың кең және тар беттерінің бұрыштарында жарықшақтардың пайда болуына ықпал етеді. Бұл крекинг үрдісін айтарлықтай арттырады және құйма шығымына теріс әсер етеді.
4.5 7050 қорытпасының қалыптасу тәртібін, ұқсас отандық және халықаралық құймалардың дәнінің құрылымын және соңғы өңделген өнімдердің сапасын ескере отырып, 7050 қорытпасын құюға арналған дәнді тазартқыш ретінде Al-3Ti-0,15C артықшылық береді (егер нақты шарттар басқаша талап етпесе).
5. Al-3Ti-0.15C дәндерін тазарту тәртібі
5.1 Астық тазартқышты 720 °C температурада қосқанда дәндер негізінен кейбір ішкі құрылымдары бар тең осьті құрылымдардан тұрады және өлшемі жағынан ең ұсақ болып табылады.
5.2 Тазартқышты қосқаннан кейін балқыма тым ұзақ ұсталса (мысалы, 10 минуттан артық), дөрекі дендрит өсімі басым болады, нәтижесінде түйіршіктер ірілейді.
5.3 Астық тазартқышты қосу мөлшері 0,010%-дан 0,015%-ға дейін болғанда, ұсақ тең жақты дәндерге қол жеткізіледі.
5.4 7050 қорытпасының өнеркәсіптік процесіне сүйене отырып, дәнді тазартудың оңтайлы шарттары: қосу температурасы шамамен 720 °C, соңғы қатаюға дейін 20 минут ішінде бақыланатын қосу уақыты және тазартқыш мөлшері шамамен 0,01–0,015% (3–4 кг/т Al-3Ti-0,15C).
5.5 Құйма өлшеміндегі өзгерістерге қарамастан, балқыма шыққаннан кейін, желілік жүйе, науалар және қалып арқылы дән тазартқышты қосудан соңғы қатаюға дейінгі жалпы уақыт әдетте 15-20 минутты құрайды.
5.6 Өнеркәсіптік жағдайларда астық тазартқыштың мөлшерін Ti мазмұны 0,01% ұлғайту дәннің тазартылуын айтарлықтай жақсартпайды. Керісінше, шамадан тыс қосу Ti және C байытылуына әкеліп, материалдық ақаулардың ықтималдығын арттырады.
5.7 Әртүрлі нүктелердегі сынақтар – газсыздандыру кірісі, газсыздандыру және құю науасы – түйір өлшеміндегі ең аз айырмашылықтарды көрсетеді. Дегенмен, тазартқышты сүзгісіз құю науасына тікелей қосу өңделген материалдарды ультрадыбыстық тексеру кезінде ақаулардың пайда болу қаупін арттырады.
5.8 Дәннің біркелкі тазартылуын қамтамасыз ету және тазартқыштың жиналуын болдырмау үшін газсыздандыру жүйесінің кірісіне дән тазартқышты қосу керек.
Хабарлама уақыты: 16 шілде 2025 ж
