एल्यूमीनियम मिश्र धातु फोर्जिंग के ताप तापमान को कैसे नियंत्रित किया जाए?

क्या अत्यधिक तापमान से दरारें पड़ सकती हैं?

एल्यूमीनियम मिश्र धातु फोर्जिंग का हीटिंग तापमान नियंत्रण फोर्जिंग की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए एक मुख्य कड़ी है। अत्यधिक तापमान न केवल दरारें पैदा कर सकता है, बल्कि विभिन्न दोष भी पैदा कर सकता है। निम्नलिखित तापमान नियंत्रण तकनीक, तापमान प्रभाव तंत्र और निवारक उपायों का विश्लेषण है:

I. हीटिंग तापमान की सटीक नियंत्रण तकनीक

1. मिश्र धातु ग्रेड के आधार पर तापमान सीमा निर्धारित करना

उदाहरण: जब कोई कंपनी 7075 बैटरी शेल फोर्ज करती है, तो वह खंडित तापमान नियंत्रण का उपयोग करती है: प्रीहीटिंग चरण में, इसे 2 घंटे के लिए 400℃ पर रखा जाता है, और फिर β चरण (MgZn₂) को पूरी तरह से घोलने के लिए 430℃±5℃ स्थिर तापमान पर गर्म किया जाता है, जबकि कम पिघलने वाले यूटैक्टिक (475℃) को α+β चरण सीमा पर पिघलने से रोका जाता है।

2. हीटिंग उपकरण और तापमान नियंत्रण प्रणाली
गैस भट्टी खंडित तापमान नियंत्रण: एक तीन-कक्ष निरंतर हीटिंग भट्टी (प्रीहीटिंग कक्ष 400℃, हीटिंग कक्ष 450℃, और समकारी कक्ष 430℃) का उपयोग किया जाता है, जिसमें एक इन्फ्रारेड थर्मामीटर (सटीकता ±3℃) होता है, और भट्टी के तापमान की एकरूपता को ±10℃ के भीतर नियंत्रित किया जाता है।
इलेक्ट्रिक हीटिंग भट्टी का सटीक नियंत्रण: वैक्यूम प्रतिरोध भट्टी PID इंटेलिजेंट तापमान नियंत्रण प्रणाली का उपयोग करके 5℃/मिनट की दर से निर्धारित तापमान तक गर्म करती है, और इन्सुलेशन चरण में उतार-चढ़ाव ≤±5℃ होता है, जो 7 श्रृंखला जैसी संवेदनशील मिश्र धातुओं के लिए उपयुक्त है।
इंडक्शन हीटिंग का गतिशील मुआवजा: जटिल आकार के फोर्जिंग (जैसे बैटरी शेल की बहु-गुहा संरचनाओं) के लिए, माध्यम-आवृत्ति इंडक्शन हीटिंग (आवृत्ति 20-50kHz) का उपयोग भंवर धारा प्रभाव के माध्यम से स्थानीय रूप से तापमान की भरपाई के लिए किया जाता है, ताकि क्रॉस-सेक्शनल तापमान अंतर 15℃ से कम हो।

3. तापमान क्षेत्र सिमुलेशन और वास्तविक समय की निगरानी
फोर्जिंग से पहले CAE सिमुलेशन: हीटिंग प्रक्रिया का अनुकरण करने और बिलेट के तापमान वितरण की भविष्यवाणी करने के लिए Deform-3D का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक निश्चित L-आकार के बैटरी ब्रैकेट फोर्जिंग का सिमुलेशन दिखाता है कि कोने पर तापमान प्लेन की तुलना में 20℃ कम है। वास्तविक उत्पादन में, इसे विभाजन हीटिंग कॉइल द्वारा मुआवजा दिया जाता है।
ऑनलाइन इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर: स्कैनिंग गति 100 फ्रेम/सेकंड, तापमान क्लाउड मैप का वास्तविक समय निर्माण, जब स्थानीय ओवर-तापमान का पता चलता है (जैसे > निर्धारित मान 15℃), तो सिस्टम स्वचालित रूप से ठंडा करने के लिए एयर कूलिंग डिवाइस शुरू करता है।

II. अत्यधिक तापमान के कारण होने वाली दरार के तंत्र का विश्लेषण

1. थर्मल क्षति के कारण संरचनात्मक दोष
ओवरबर्निंग की तीन विशेषताएं:
अनाज सीमाओं पर ऑक्सीकरण त्रिकोण दिखाई देते हैं (जब तापमान यूटैक्टिक पिघलने बिंदु से अधिक होता है, Mg₂Si और अन्य चरण पिघलते हैं);
अनाज सीमाएं चौड़ी हो जाती हैं और एक नेटवर्क बनाती हैं (उदाहरण के लिए, जब 6061 एल्यूमीनियम मिश्र धातु को 560℃ पर 20 मिनट के लिए गर्म किया जाता है, तो अनाज सीमाओं पर तरल चरण का अनुपात 3% तक पहुंच जाता है);
डेंड्राइट्स के बीच रीमेल्टिंग बॉल्स दिखाई देते हैं (7075 एल्यूमीनियम मिश्र धातु को 480℃ पर 1 घंटे के लिए रखा जाता है, और डेंड्राइट्स के बीच Al-Zn-Mg चरण पिघल जाता है)।
दानेदार और कमजोर दाने: जब तापमान पुन: क्रिस्टलीकरण तापमान की ऊपरी सीमा से अधिक हो जाता है (जैसे 7075 के लिए 460℃), तो दाने का आकार फोर्ज्ड अवस्था में 10-20μm से तेजी से बढ़कर 500μm से अधिक हो जाता है, प्लास्टिसिटी 40% कम हो जाती है, और फोर्जिंग के दौरान अनाज सीमाओं के साथ दरारें पड़ जाती हैं।

2. तनाव एकाग्रता दरार को प्रेरित करती है
तापमान अंतर तनाव दरार: जब हीटिंग दर बहुत तेज होती है (जैसे >15℃/मिनट), तो फोर्जिंग की सतह और कोर के बीच तापमान अंतर >50℃ होता है, जिससे थर्मल तनाव उत्पन्न होता है (σ=EαΔT)। जब σ > सामग्री की उपज शक्ति (जैसे 400℃ पर 7075 σs=120MPa), दरारें पड़ जाती हैं।
चरण परिवर्तन तनाव सुपरपोजिशन: जब 2-श्रृंखला एल्यूमीनियम मिश्र धातु को 500℃ तक गर्म किया जाता है, तो θ चरण (CuAl₂) की विघटन दर असमान होती है, और स्थानीय चरण परिवर्तन तनाव फोर्जिंग तनाव पर सुपरइम्पोज्ड हो जाता है, जिससे दरार अनाज सीमा के साथ फैल जाती है।

III. दरार-रोधी प्रक्रिया प्रतिवाद

1. ग्रेडिएंट हीटिंग और इन्सुलेशन नियंत्रण
स्टेप-टाइप हीटिंग कर्व:
कम तापमान खंड (200-300℃): हीटिंग दर 5℃/मिनट, बिलेट के आंतरिक तनाव को समाप्त करें;
मध्यम तापमान खंड (300-400℃): दर 10℃/मिनट, दूसरे चरण के समान वितरण को बढ़ावा दें;
उच्च तापमान खंड (400 - निर्धारित तापमान): दर 5℃/मिनट, समान तापमान सुनिश्चित करें।
इन्सुलेशन समय गणना: बिलेट की मोटाई (मिमी) × 1.5-2 मिनट/मिमी के अनुसार, उदाहरण के लिए, 100 मिमी मोटी 7075 बिलेट, 430℃ पर 2.5-3 घंटे के लिए इन्सुलेशन, ताकि मजबूत चरण पूरी तरह से घुल जाए।

2. डाई प्रीहीटिंग और आइसोथर्मल फोर्जिंग
मोल्ड तापमान मिलान: फोर्जिंग से पहले, मोल्ड को 250-300℃ (6 श्रृंखला) या 180-220℃ (7 श्रृंखला) तक प्रीहीट किया जाता है ताकि फोर्जिंग के तेजी से ठंडा होने से होने वाले तापमान अंतर तनाव को कम किया जा सके।
आइसोथर्मल फोर्जिंग तकनीक: सर्वो प्रेस पर 0.01-0.1mm/s की कम गति से फोर्जिंग, जबकि मोल्ड में अंतर्निर्मित हीटिंग रॉड बिलेट के तापमान को ±3℃ पर बनाए रखता है, जो जटिल पतली-दीवार वाली बैटरी शेल (दीवार की मोटाई<3mm) के लिए उपयुक्त है।
3. दरार रोकथाम और पता लगाना
हीटिंग से पहले सतह उपचार: बिलेट की सतह से ऑक्साइड स्केल को हटा दें (जब मोटाई >0.2mm हो, तो ऑक्साइड स्केल के नीचे की माइक्रोक्रैक उच्च तापमान पर फैल जाएगी), और प्रीट्रीटमेंट के लिए शॉट पीनिंग या अल्कली वाशिंग का उपयोग करें।
गैर-विनाशकारी परीक्षण नियंत्रण: फोर्जिंग के बाद 100% अल्ट्रासोनिक दोष का पता लगाना (आवृत्ति 2.5-5MHz) ओवरबर्निंग के कारण होने वाली अनाज सीमा ढीलापन का पता लगाने के लिए (परावर्तन आयाम ≥φ2mm फ्लैट बॉटम होल समतुल्य)।

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