Steuerung der Heiztemperatur von Aluminiumlegierung Schmiedestücken ist der Kernfaktor zur Gewährleistung der Qualität von Schmiedestücken. Übermäßige Temperatur kann nicht nur Risse verursachen, sondern auch verschiedene Defekte. Im Folgenden wird die Temperaturkontrolltechnologie, der Temperatureinflussmechanismus und vorbeugende Maßnahmen analysiert:
I. Präzise Steuerungstechnologie der Heiztemperatur
1. Einstellung der Temperaturschwelle basierend auf der Legierungsqualität
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Beispiel: Wenn ein Unternehmen 7075er Batteriegehäuse schmiedet, verwendet es eine segmentierte Temperaturkontrolle: In der Vorwärmphase wird es 2 Stunden lang bei 400℃ gehalten und dann auf 430℃±5℃ konstante Temperatur erhitzt, um sicherzustellen, dass die β-Phase (MgZn₂) vollständig gelöst wird, während das Schmelzen des niedrigschmelzenden Eutektikums (475℃) an der α+β-Phasengrenze vermieden wird.
2. Heizgeräte und Temperaturkontrollsystem
Gasofen-Segmenttemperaturkontrolle: Ein Dreikammer-Durchlaufheizofen (Vorwärmkammer 400℃, Heizkammer 450℃ und Ausgleichskammer 430℃) wird verwendet, mit einem Infrarotthermometer (Genauigkeit ±3℃), und die Ofentemperaturhomogenität wird innerhalb von ±10℃ geregelt.
Präzise Steuerung des Elektroheizofens: Der Vakuumwiderstandsofen verwendet das intelligente PID-Temperaturkontrollsystem, um mit einer Rate von 5℃/min auf die eingestellte Temperatur aufzuheizen, und die Schwankung in der Isolationsphase beträgt ≤±5℃, was für empfindliche Legierungen wie die 7er-Serie geeignet ist.
Dynamische Kompensation der Induktionserwärmung: Für komplex geformte Schmiedestücke (wie Mehrkammerstrukturen von Batteriegehäusen) wird die Mittelfrequenz-Induktionserwärmung (Frequenz 20-50 kHz) verwendet, um die Temperatur durch den Wirbelstromeffekt lokal zu kompensieren, so dass die Temperaturdifferenz über den Querschnitt weniger als 15°C beträgt.
3. Temperaturfeldsimulation und Echtzeitüberwachung
CAE-Simulation vor dem Schmieden: Deform-3D wird verwendet, um den Erwärmungsprozess zu simulieren und die Temperaturverteilung des Knüppels vorherzusagen. Beispielsweise zeigt die Simulation einer bestimmten L-förmigen Batteriehalterung, dass die Temperatur an der Ecke 20°C niedriger ist als auf der Ebene. In der tatsächlichen Produktion wird dies durch Teilheizspulen kompensiert.
Online-Infrarot-Wärmebildkamera: Abtastgeschwindigkeit 100 Bilder/Sekunde, Echtzeitgenerierung einer Temperaturwolkenkarte, wenn eine lokale Übertemperatur erkannt wird (z. B. > eingestellter Wert 15°C), startet das System automatisch die Luftkühlvorrichtung zum Abkühlen.
II. Analyse des Mechanismus der Rissbildung durch übermäßige Temperatur
1. Strukturdefekte durch thermische Schädigung
Drei Merkmale des Überbrennens:
Oxidationstriangeln erscheinen an Korngrenzen (wenn die Temperatur größer als der eutektische Schmelzpunkt ist, schmelzen Mg₂Si und andere Phasen);
Korngrenzen erweitern sich und bilden ein Netzwerk (z. B. wenn 6061 Aluminiumlegierung bei 560℃ für 20 Minuten erhitzt wird, erreicht das Flüssigphasenverhältnis an den Korngrenzen 3 %);
Wiederaufschmelzende Kugeln erscheinen zwischen Dendriten (7075 Aluminiumlegierung wird 1 Stunde lang bei 480℃ gehalten, und die Al-Zn-Mg-Phase zwischen den Dendriten schmilzt).
Körnige und schwache Körner: Wenn die Temperatur die obere Grenze der Rekristallisationstemperatur überschreitet (z. B. 460℃ für 7075), wächst die Korngröße schnell von 10-20 μm im geschmiedeten Zustand auf mehr als 500 μm, die Plastizität nimmt um 40 % ab, und Risse treten entlang der Korngrenzen während des Schmiedens auf.
2. Spannungskonzentration induziert Rissbildung
Temperaturdifferenz-Spannungsrissbildung: Wenn die Heizrate zu hoch ist (z. B. >15℃/min), beträgt die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und dem Kern des Schmiedestücks >50℃, wodurch thermische Spannungen (σ=EαΔT) erzeugt werden. Wenn σ> Streckgrenze des Materials (z. B. 7075 bei 400℃ σs=120 MPa), tritt Rissbildung auf.
Phasenumwandlungs-Spannungsüberlagerung: Wenn die 2er-Aluminiumlegierung auf 500℃ erhitzt wird, ist die Auflösungsrate der θ-Phase (CuAl₂) ungleichmäßig, und die lokale Phasenumwandlungsspannung wird auf die Schmiedespannung überlagert, wodurch sich der Riss entlang der Korngrenze ausdehnt.
III. Gegenmaßnahmen zur Verhinderung von Rissen
1. Gradientenheizung und Isolationskontrolle
Stufenartige Heizkurve:
Niedrigtemperaturbereich (200-300℃): Heizrate 5℃/min, beseitigt die innere Spannung des Knüppels;
Mitteltemperaturbereich (300-400℃): Rate 10℃/min, fördert eine gleichmäßige Verteilung der zweiten Phase;
Hochtemperaturbereich (400 - eingestellte Temperatur): Rate 5℃/min, sorgt für eine gleichmäßige Temperatur.
Berechnung der Isolationszeit: entsprechend der Knüppeldicke (mm) × 1,5-2 min/mm, z. B. 100 mm dicker 7075er Knüppel, 430℃ Isolierung für 2,5-3 Stunden, so dass die Verstärkungsphase vollständig gelöst wird.
2. Gesenkvorwärmung und isothermes Schmieden
Formtemperatur-Anpassung: Vor dem Schmieden wird die Form auf 250-300℃ (6er-Serie) oder 180-220℃ (7er-Serie) vorgewärmt, um die Temperaturdifferenzspannung zu reduzieren, die durch schnelles Abkühlen des Schmiedestücks verursacht wird.
Isotherme Schmiedetechnologie: Schmieden mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 0,01-0,1 mm/s auf einer Servopresse, während der eingebaute Heizstab in der Form die Knüppeltemperatur bei ±3℃ hält, was für komplexe dünnwandige Batteriegehäuse (Wandstärke <3mm).
3. Rissverhinderung und -erkennung
Oberflächenbehandlung vor dem Erhitzen: Entfernen Sie die Oxidschicht auf der Oberfläche des Knüppels (wenn die Dicke >0,2 mm beträgt, dehnen sich die Mikrorisse unter der Oxidschicht bei hoher Temperatur aus) und verwenden Sie Kugelstrahlen oder Alkalispülen zur Vorbehandlung.
Zerstörungsfreie Prüfungskontrolle: 100 % Ultraschallprüfung (Frequenz 2,5-5 MHz) nach dem Schmieden, um Korngrenzenlockerungen zu erkennen, die durch Überbrennen verursacht werden (Reflexionsamplitude ≥φ2 mm Flachbodenausführung).
Email：cast@ebcastings.com
Steuerung der Heiztemperatur von Aluminiumlegierung Schmiedestücken ist der Kernfaktor zur Gewährleistung der Qualität von Schmiedestücken. Übermäßige Temperatur kann nicht nur Risse verursachen, sondern auch verschiedene Defekte. Im Folgenden wird die Temperaturkontrolltechnologie, der Temperatureinflussmechanismus und vorbeugende Maßnahmen analysiert:
I. Präzise Steuerungstechnologie der Heiztemperatur
1. Einstellung der Temperaturschwelle basierend auf der Legierungsqualität
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Beispiel: Wenn ein Unternehmen 7075er Batteriegehäuse schmiedet, verwendet es eine segmentierte Temperaturkontrolle: In der Vorwärmphase wird es 2 Stunden lang bei 400℃ gehalten und dann auf 430℃±5℃ konstante Temperatur erhitzt, um sicherzustellen, dass die β-Phase (MgZn₂) vollständig gelöst wird, während das Schmelzen des niedrigschmelzenden Eutektikums (475℃) an der α+β-Phasengrenze vermieden wird.
2. Heizgeräte und Temperaturkontrollsystem
Gasofen-Segmenttemperaturkontrolle: Ein Dreikammer-Durchlaufheizofen (Vorwärmkammer 400℃, Heizkammer 450℃ und Ausgleichskammer 430℃) wird verwendet, mit einem Infrarotthermometer (Genauigkeit ±3℃), und die Ofentemperaturhomogenität wird innerhalb von ±10℃ geregelt.
Präzise Steuerung des Elektroheizofens: Der Vakuumwiderstandsofen verwendet das intelligente PID-Temperaturkontrollsystem, um mit einer Rate von 5℃/min auf die eingestellte Temperatur aufzuheizen, und die Schwankung in der Isolationsphase beträgt ≤±5℃, was für empfindliche Legierungen wie die 7er-Serie geeignet ist.
Dynamische Kompensation der Induktionserwärmung: Für komplex geformte Schmiedestücke (wie Mehrkammerstrukturen von Batteriegehäusen) wird die Mittelfrequenz-Induktionserwärmung (Frequenz 20-50 kHz) verwendet, um die Temperatur durch den Wirbelstromeffekt lokal zu kompensieren, so dass die Temperaturdifferenz über den Querschnitt weniger als 15°C beträgt.
3. Temperaturfeldsimulation und Echtzeitüberwachung
CAE-Simulation vor dem Schmieden: Deform-3D wird verwendet, um den Erwärmungsprozess zu simulieren und die Temperaturverteilung des Knüppels vorherzusagen. Beispielsweise zeigt die Simulation einer bestimmten L-förmigen Batteriehalterung, dass die Temperatur an der Ecke 20°C niedriger ist als auf der Ebene. In der tatsächlichen Produktion wird dies durch Teilheizspulen kompensiert.
Online-Infrarot-Wärmebildkamera: Abtastgeschwindigkeit 100 Bilder/Sekunde, Echtzeitgenerierung einer Temperaturwolkenkarte, wenn eine lokale Übertemperatur erkannt wird (z. B. > eingestellter Wert 15°C), startet das System automatisch die Luftkühlvorrichtung zum Abkühlen.
II. Analyse des Mechanismus der Rissbildung durch übermäßige Temperatur
1. Strukturdefekte durch thermische Schädigung
Drei Merkmale des Überbrennens:
Oxidationstriangeln erscheinen an Korngrenzen (wenn die Temperatur größer als der eutektische Schmelzpunkt ist, schmelzen Mg₂Si und andere Phasen);
Korngrenzen erweitern sich und bilden ein Netzwerk (z. B. wenn 6061 Aluminiumlegierung bei 560℃ für 20 Minuten erhitzt wird, erreicht das Flüssigphasenverhältnis an den Korngrenzen 3 %);
Wiederaufschmelzende Kugeln erscheinen zwischen Dendriten (7075 Aluminiumlegierung wird 1 Stunde lang bei 480℃ gehalten, und die Al-Zn-Mg-Phase zwischen den Dendriten schmilzt).
Körnige und schwache Körner: Wenn die Temperatur die obere Grenze der Rekristallisationstemperatur überschreitet (z. B. 460℃ für 7075), wächst die Korngröße schnell von 10-20 μm im geschmiedeten Zustand auf mehr als 500 μm, die Plastizität nimmt um 40 % ab, und Risse treten entlang der Korngrenzen während des Schmiedens auf.
2. Spannungskonzentration induziert Rissbildung
Temperaturdifferenz-Spannungsrissbildung: Wenn die Heizrate zu hoch ist (z. B. >15℃/min), beträgt die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche und dem Kern des Schmiedestücks >50℃, wodurch thermische Spannungen (σ=EαΔT) erzeugt werden. Wenn σ> Streckgrenze des Materials (z. B. 7075 bei 400℃ σs=120 MPa), tritt Rissbildung auf.
Phasenumwandlungs-Spannungsüberlagerung: Wenn die 2er-Aluminiumlegierung auf 500℃ erhitzt wird, ist die Auflösungsrate der θ-Phase (CuAl₂) ungleichmäßig, und die lokale Phasenumwandlungsspannung wird auf die Schmiedespannung überlagert, wodurch sich der Riss entlang der Korngrenze ausdehnt.
III. Gegenmaßnahmen zur Verhinderung von Rissen
1. Gradientenheizung und Isolationskontrolle
Stufenartige Heizkurve:
Niedrigtemperaturbereich (200-300℃): Heizrate 5℃/min, beseitigt die innere Spannung des Knüppels;
Mitteltemperaturbereich (300-400℃): Rate 10℃/min, fördert eine gleichmäßige Verteilung der zweiten Phase;
Hochtemperaturbereich (400 - eingestellte Temperatur): Rate 5℃/min, sorgt für eine gleichmäßige Temperatur.
Berechnung der Isolationszeit: entsprechend der Knüppeldicke (mm) × 1,5-2 min/mm, z. B. 100 mm dicker 7075er Knüppel, 430℃ Isolierung für 2,5-3 Stunden, so dass die Verstärkungsphase vollständig gelöst wird.
2. Gesenkvorwärmung und isothermes Schmieden
Formtemperatur-Anpassung: Vor dem Schmieden wird die Form auf 250-300℃ (6er-Serie) oder 180-220℃ (7er-Serie) vorgewärmt, um die Temperaturdifferenzspannung zu reduzieren, die durch schnelles Abkühlen des Schmiedestücks verursacht wird.
Isotherme Schmiedetechnologie: Schmieden mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 0,01-0,1 mm/s auf einer Servopresse, während der eingebaute Heizstab in der Form die Knüppeltemperatur bei ±3℃ hält, was für komplexe dünnwandige Batteriegehäuse (Wandstärke <3mm).
3. Rissverhinderung und -erkennung
Oberflächenbehandlung vor dem Erhitzen: Entfernen Sie die Oxidschicht auf der Oberfläche des Knüppels (wenn die Dicke >0,2 mm beträgt, dehnen sich die Mikrorisse unter der Oxidschicht bei hoher Temperatur aus) und verwenden Sie Kugelstrahlen oder Alkalispülen zur Vorbehandlung.
Zerstörungsfreie Prüfungskontrolle: 100 % Ultraschallprüfung (Frequenz 2,5-5 MHz) nach dem Schmieden, um Korngrenzenlockerungen zu erkennen, die durch Überbrennen verursacht werden (Reflexionsamplitude ≥φ2 mm Flachbodenausführung).
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