Intensité de refroidissement : le « bouton maître » du raffinement organisationnel

L'intensité de refroidissement fait généralement référence à l'effet combiné du débit, de la pression et de la température de l'eau de refroidissement secondaire. C'est le levier le plus efficace pour réguler la structure de solidification.

1. Effet quantitatif de l'intensité de refroidissement sur la microstructure Les données de recherche montrent que dans une certaine plage, à mesure que l'intensité de refroidissement augmente, la vitesse de cristallisation du métal en fusion augmente, et les éléments solutés dans le métal en fusion n'ont pas le temps de diffuser, ce qui entraîne une augmentation du sous-refroidissement, une augmentation des noyaux de cristaux et la formation de grains fins. Dans le même temps, la taille de la zone de transition diminue, la densité du lingot augmente, la tendance au desserrage diminue et le degré de ségrégation régionale diminue. L'étude sur la coulée semi-continue de l'alliage d'aluminium 6061 près de la ligne liquidus souligne en outre qu'une diminution de l'intensité de refroidissement primaire et une augmentation de l'intensité de refroidissement secondaire sont toutes deux bénéfiques pour la formation de structures sphériques uniformes et fines ; Lorsque la vitesse de coulée atteint 150 mm/min et que l'intensité de refroidissement secondaire augmente, une microstructure petite, uniforme et presque sphérique de billette semi-solide de 6061 peut être obtenue.

2. L'effet marginal de l'intensité de refroidissement Il convient de noter qu'une intensité de refroidissement plus forte n'est pas nécessairement meilleure. D'une part, un refroidissement secondaire excessif peut créer un gradient de température important entre la surface et le cœur du lingot, entraînant : une solidification rapide de la surface → des cristaux colonnaire développés → et même des cristaux en plume ; Augmentation soudaine de la contrainte thermique → les fissures de surface et la tendance aux fissures thermiques internes du lingot augmentent ; Pour certains alliages (comme le 5052), un refroidissement excessif peut exacerber une cristallisation déséquilibrée et favoriser la formation de nodules de ségrégation ; D'autre part, lorsque le volume d'eau de refroidissement augmente jusqu'à une certaine limite, le coefficient de transfert de chaleur tend à saturer. Continuer à augmenter le débit d'eau a peu d'effet sur l'amélioration de la vitesse de solidification, mais entraîne plutôt un gaspillage des ressources en eau et une turbulence du lingot.

3. Fenêtre de procédé pour la pression de l'eau de refroidissement : des essais industriels utilisant l'alliage d'aluminium 5052 comme exemple montrent qu'augmenter l'intensité de la pression de l'eau de refroidissement à 0,20 MPa peut supprimer de manière significative la formation de nodules de ségrégation de surface sur les lingots. Ces données fournissent une référence technique importante : il existe une fenêtre optimale claire pour la pression de l'eau de refroidissement, en dessous de laquelle les tumeurs de ségrégation peuvent devenir incontrôlables, et au-dessus de laquelle des microfissures peuvent être induites à la surface du lingot.