Fabricação de chapas de alumínio: Da fundição ao acabamento

A fabricação de chapas de alumínio envolve a transformação do alumínio e de suas ligas por meio de estágios de fusão, fundição, preparação de pré-laminação, laminação plana, tratamento térmico e acabamento. Isso cria chapas simples ou materiais laminados com seção transversal retangular.

A espessura da chapa pode chegar a 200 mm, com categorias que incluem chapas finas, chapas grossas (5-80 mm) e chapas extra grossas. A largura da chapa geralmente varia de 1 a 5 m, com comprimentos que variam de 2 a 10 m.

Em geral, as tiras têm espessura não superior a 2 mm e largura não superior a 600 mm, e são fornecidas em rolos.

As chapas e tiras de alumínio e de ligas de alumínio são fornecidas em estados laminados a quente, recozidos, em vários graus de maciez e em vários estados de tratamento térmico.

Há dois métodos de produção de chapas de alumínio e ligas de alumínio: método de bloco e método de tira.

O método de bloco envolve o corte da placa laminada a quente em vários blocos e, em seguida, a laminação a frio de cada um deles para formar produtos acabados. O método de tiras envolve enrolar a placa em uma determinada espessura e comprimento e, em seguida, enrolá-la à medida que é enrolada.

Quando atinge a espessura final, é cortada em folhas de alumínio individuais. Esse método tem maior produtividade e produz produtos de melhor qualidade.

O processo de produção de chapas e tiras de liga de alumínio pode ser dividido em etapas, como preparação de pré-laminação, laminação a quente, laminação a frio, tratamento térmico e acabamento.

A preparação para o pré-aquecimento inclui principalmente a inspeção de qualidade da peça fundida, aquecimento igual, serragem, fresagem, embalagem de alumínio e aquecimento. Usar uma peça fundida de qualidade é um pré-requisito para garantir a qualidade do produto acabado.

A maioria das peças fundidas usadas na produção moderna de chapas de liga de alumínio é produzida usando o método de fundição semicontínua. Essas peças fundidas são grandes, com dendritos internos finamente estruturados.

Durante a fundição semicontínua, a taxa de resfriamento é muito alta, tornando o processo de difusão na fase sólida desafiador e causando composição química e microestrutura irregulares, como a segregação dentro do cristal, reduzindo a plasticidade.

Assim, alguns ligas de alumínioAs peças fundidas de alumínio, especialmente as de liga de alumínio dura, exigem tratamento de homogeneização para eliminar ou reduzir a composição e a estrutura irregulares e, ao mesmo tempo, aliviar a tensão da fundição.

A temperatura de homogeneização das ligas de alumínio deve ser de 10 a 15°C abaixo da temperatura eutética do ponto de fusão mais baixo da liga, e mantê-la por 12 a 24 horas pode eliminar essencialmente as irregularidades na composição e na estrutura.

Para alumínio duro peças fundidas em ligaA temperatura de homogeneização é de 480-495°C, mantida por 12-15 horas. Para ligas de Al-Zn-Mg-Cu, a temperatura é de 450-465°C, mantida por 24 horas.

Quando a superfície do lingote apresenta defeitos, como precipitados de segregação, inclusões, cicatrizes e rachaduras, a fresagem deve ser realizada. Esse é um fator crucial para garantir a boa qualidade da superfície do produto acabado. A quantidade de fresagem depende da profundidade dos defeitos, geralmente de 4 a 10 mm.

O revestimento é um processo exclusivo na produção de chapas e tiras de liga de alumínio. Ele envolve a colocação de chapas de revestimento na parte superior e inferior da fundição e a combinação delas em um único corpo por meio de laminação a quente.

O objetivo do revestimento é aumentar a resistência à corrosão das chapas e tiras de liga de alumínio, proteger o metal de base contra a corrosão e melhorar o desempenho tecnológico. A chapa de revestimento deve ter a composição química adequada e a espessura apropriada.

Para chapas baseadas em alumínio duro, o alumínio puro com teor de cobre e zinco inferior a 1% é usado como chapa de revestimento. Quando o alumínio superduro é a base, uma liga de Al-Zn com teor de zinco de 1-3% é usada como chapa de revestimento.

Dependendo da espessura da chapa e da aplicação, a camada de revestimento da chapa acabada corresponde a 2%, 4% e 8% da espessura da chapa.

O revestimento para melhorar a processabilidade é chamado de revestimento de processo, destinado a evitar rachaduras na superfície quando a fundição é aberta. A camada de revestimento corresponde a 0,5-1,5% da espessura da chapa acabada.

O objetivo do aquecimento da peça fundida é aumentar sua plasticidade e reduzir a resistência à deformação, facilitando a laminação a quente.

A temperatura de aquecimento da peça fundida é determinada com base no diagrama de fases da liga e no gráfico de plasticidade. A temperatura de aquecimento deve permitir que a laminação a quente comece na temperatura mais alta permitida.

Para alumínio puro e lingotes de liga de alumínio de baixa liga, a temperatura de aquecimento é de 500°C ou mais; para lingotes de liga de alumínio duro, é de 390-430°C; e para ligas de alumínio superduro, é de 370-410°C.

O tempo de aquecimento tem o objetivo de atingir uma temperatura uniforme em toda a seção transversal da fundição. Um tempo de aquecimento muito longo resulta em uma camada de óxido muito espessa na superfície da fundição, o que não favorece a combinação da folha de revestimento com o lingote. A fundição é aquecida em um forno de aquecimento contínuo com circulação de ar.

A laminação a quente de peças fundidas de liga de alumínio serve para fornecer tarugos para laminação a frio ou para produzir diretamente chapas grossas laminadas a quente.

Dependendo da escala de produção, há três métodos de fundição de liga de alumínio por laminação a quente:

(1) Laminação a quente de estrutura únicaque completa todo o processo, desde o início do tarugo até a conclusão da laminação a quente, em um único equipamento. máquina de laminação.

Fundições grandes são usadas para melhorar a eficiência da produção, e são usados laminadores reversíveis. Os laminadores de quatro cilindros são usados para aumentar a largura e melhorar o formato da chapa. Com a laminação a quente de estrutura única, a queda de temperatura da peça laminada é grande, a espessura final da laminação é grande (6 a 8 mm), o peso da bobina é relativamente leve e a qualidade e a eficiência da produção da peça laminada não são ideais.

(2) Laminação a quente de suporte duplo. Esse processo começa com um laminador reversível que realiza a formação inicial do tarugo e a laminação de desbaste a quente do lingote, antes de a peça de trabalho ser transferida para um segundo laminador reversível de quatro alturas para laminação de acabamento a quente. Como a laminação de desbaste e a laminação de acabamento são agora tarefas distintas, não apenas a capacidade e a eficiência da produção são aprimoradas, mas a qualidade dos produtos laminados também melhora. A espessura final da laminação pode chegar a 2 mm.

(3) Laminação a quente semicontínua. Isso envolve de 1 a 2 laminadores reversíveis para a formação de tarugos e laminação de desbaste a quente, antes de a peça de trabalho ser movida para 3 a 6 laminadores tandem de quatro alturas para laminação de acabamento a quente, com cada suporte realizando um único passe. Como os lingotes grandes são laminados em alta velocidade, não só a escala de produção é grande, mas o tempo de intervalo de laminação também é curto e, portanto, a temperatura de laminação de acabamento é alta, produzindo bobinas recozidas de melhor qualidade.

O sistema de processo de laminação a quente inclui parâmetros como redução de passe, temperatura de laminação, velocidade de laminação, lubrificação e resfriamento. Uma redução maior do passe é benéfica para que a deformação penetre na peça de trabalho, reduzindo a probabilidade de rachaduras nas bordas e enrolamento do rolo. No entanto, a redução do passe é limitada pelas condições de mordida do rolo.

Além disso, durante o estágio de formação do tarugo, tanto a redução do passe quanto a velocidade de laminação não devem ser excessivas para garantir uma transição suave da estrutura fundida do lingote para a estrutura deformada.

Ao laminar lingotes de alumínio revestidos, para garantir uma boa ligação entre a placa de revestimento e o lingote, a redução da primeira passagem deve ser controlada dentro da faixa de 2%-4%. A laminação da borda pode melhorar o estado de tensão na borda da peça de trabalho, reduzindo as rachaduras na borda.

A implementação de revestimento na lateral do lingote e a laminação das bordas podem eliminar as rachaduras nas bordas durante a laminação a quente de ligas de alumínio. Nos estágios posteriores da laminação, à medida que o comprimento da peça de trabalho aumenta, a velocidade de laminação também deve ser aumentada.

Para obter uma qualidade de laminação plana e suave e reduzir a força de laminação, a lubrificação adequada é fundamental durante a laminação a quente. A lubrificação para laminação a quente de ligas de alumínio geralmente emprega emulsões à base de água.

A emulsão é feita a partir de uma mistura de agente emulsificante e água, com uma concentração de % a %, um pouco menor ao laminar ligas duras. O agente emulsificante consiste em óleo de transformador, ácido oleico e trietanolamina.

Para obter uma boa planicidade em bobinas laminadas a quente, o controle sobre o formato da folga do rolo em um grau é essencial, obtido por meio do uso de um sistema hidráulico. curvatura de rolosO controle da convexidade do cilindro original (consulte o controle da forma do cilindro), juntamente com o ajuste adequado da programação e da velocidade de laminação.

A emulsão pulverizada no rolo, além de lubrificar, também tem uma função de resfriamento. A pressão no bico de pulverização deve estar em torno de , com uma taxa de fluxo de 56L/(cm-s).

A laminação a frio permite a produção de bobinas com planicidade superior, superfície mais lisa, espessura mais fina e uniforme e melhor estrutura e propriedades em comparação com as bobinas laminadas a quente.

A laminação a frio pode ser realizada em um laminador de suporte único ou em um laminador tandem. Atualmente, os laminadores não reversíveis de quatro alturas e suporte único são mais comumente usados, com uma velocidade de laminação de 520 m/s ou até 2540 m/s para laminação em tandem.

O controle automático abrangente é implementado por meio de sistemas computadorizados, como o controle automático de planicidade (AFC), o controle automático de calibre (AGC), o controle automático de tensão (ATC) e a regulagem automática de velocidade (ASR), produzindo assim produtos de alta qualidade com desvios de espessura reduzidos a ±3~5μm e planicidade inferior a 10 unidades I.

Em condições em que as capacidades do equipamento permitam, a lubrificação e o resfriamento sejam eficazes, a peça de trabalho não apresente rachaduras nas bordas e consiga obter uma boa superfície, a laminação a frio deve ter como objetivo uma alta redução de passe.

Para alumínio puro e ligas macias, a redução de passe permitida é de 50%-70%, geralmente 40%-50%; para ligas duras, é de cerca de 40%, geralmente abaixo de 30%. A redução do passe deve fazer com que a força de laminação seja basicamente a mesma em cada passe, garantindo que as bobinas laminadas tenham espessura uniforme e boa planicidade.

Em condições em que não ocorrem trincas nas bordas, a taxa total de redução de laminação a frio para alumínio puro e ligas macias pode chegar a mais de 95%, e as ligas duras podem chegar a 90% a 92%.

Para evitar trincas nas bordas e quebras de bandas, as ligas com baixa plasticidade requerem pré-cozimento com laminação de bandas a quente, e 1 a 2 recozimentos intermediários são realizados durante a laminação a frio.

A espessura do último intermediário recozimentoou a taxa de redução total do último passe da laminação a frio, tem uma função e um impacto cruciais no desempenho do produto final.

A tensão sobre as peças de laminação durante a laminação afeta sua espessura, planicidade e uniformidade. A tensão deve ser menor do que a resistência ao escoamento das peças de laminação, e sua magnitude depende da plasticidade e da tendência de rachaduras nas bordas das peças de laminação.

Durante os estágios de aceleração, velocidade constante e desaceleração da laminação, as flutuações de tensão devem ser minimizadas.

A função da lubrificação do processo durante a laminação a frio (consulte Lubrificação do processo de laminação a frio) e do resfriamento é reduzir o atrito, diminuir a pressão de laminação, melhorar a qualidade da superfície das peças de laminação, resfriar os rolos e as peças de laminação e controlar o perfil do rolo (consulte Controle do perfil do rolo). Os lubrificantes de resfriamento devem ter propriedades de lubrificação, lavagem e resfriamento simultaneamente.

Para velocidades de laminação inferiores a 5 m/s, pode ser usada uma emulsão à base de água com uma concentração de 2% a 8%; para laminação de alta velocidade, é usado um óleo de laminação composto de óleo básico e aditivos, conhecido como lubrificação completa com óleo.

Seja emulsão ou óleo completo, ambos precisam ser filtrados durante o processo de reciclagem para remover as cinzas de alumínio e alumina lavadas das peças e rolos de laminação.

No lubrificante de resfriamento filtrado, as impurezas devem ser inferiores a 0,5 g/L, e o tamanho das partículas de impurezas deve ser inferior a ~μm.

Tratamento térmico - Além dos produtos laminados a quente e endurecidos a frio, o alumínio placas de liga e as tiras devem ser submetidas a recozimento ou têmpera e tratamento de envelhecimento separados, conforme necessário (consulte Tratamento térmico de materiais de ligas não ferrosas).

O acabamento refere-se ao processamento e à disposição das chapas e tiras antes da entrega após a laminação e o tratamento térmico final, incluindo corte final, endireitamento, polimento, embalagem etc. Essas etapas podem ser concluídas em uma linha de produção ou realizadas separadamente.

O corte final inclui o corte transversal e o corte longitudinal. O corte transversal corta a tira enrolada em placas, enquanto o corte longitudinal divide a tira enrolada larga em várias bobinas de tiras estreitas.

O corte também remove as extremidades da cabeça e da cauda com discrepâncias de tamanho e peças com qualidade de superfície abaixo do padrão.

O alisamento pode reduzir ou eliminar a estresse interno nas chapas e tiras após a laminação ou o tratamento térmico e as irregularidades causadas por isso. O endireitamento inclui endireitamento por laminação, endireitamento por tensão e polimento.

O endireitamento por tensão é dividido em endireitamento por tensão de placas e endireitamento por tensão de tiras. Usando flexão, alongamento ou afinamento repetidos, as placas e tiras são submetidas a uma deformação plástica de 1% a 2% para atingir o objetivo de endireitamento.