A fabricação de chapas de alumínio envolve a transformação do alumínio e suas ligas através das etapas de fusão, fundição, preparação de pré-laminação, laminação plana, tratamento térmico e acabamento. Isso cria folhas únicas ou materiais laminados com seção transversal retangular.
A espessura da chapa pode atingir até 200 mm, com categorias que incluem chapas finas, chapas grossas (5-80 mm) e chapas extra grossas. A largura da folha geralmente varia de 1 a 5 m, com comprimentos variando entre 2 a 10 m.
As tiras normalmente têm espessura não superior a 2 mm e largura não superior a 600 mm e são fornecidas em rolos.
Folhas e tiras de alumínio e ligas de alumínio são fornecidas em estados laminados a quente, estados recozidos, vários graus de estados macios e vários estados de tratamento térmico.
Existem dois métodos de produção de folhas 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 individualmente em produtos acabados. O método da tira envolve enrolar a placa até uma certa espessura e comprimento e, em seguida, enrolá-la à medida que é enrolada.
Assim que atinge a espessura final, é cortado em folhas únicas de alumínio. Este método apresenta 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 de pré-aquecimento inclui principalmente inspeção de qualidade da peça fundida, aquecimento igual, serragem, fresagem, embalagem de alumínio e aquecimento. Utilizar uma fundição 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 são produzidas 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 segregação dentro do cristal, reduzindo a plasticidade.
Assim, algumas ligas de alumínio, especialmente peças fundidas de ligas de alumínio duras, requerem tratamento de homogeneização para eliminar ou reduzir a composição e estrutura irregulares, ao mesmo tempo que aliviam as tensões de fundição.
A temperatura de homogeneização para ligas de alumínio deve ser 10-15°C abaixo da temperatura eutética do ponto de fusão mais baixo da liga, e mantê-la por 12-24 horas pode essencialmente eliminar irregularidades na composição e estrutura.
Para peças fundidas de liga de alumínio duro, a temperatura de homogeneização é de 480-495°C, mantida por 12-15 horas. Para ligas Al-Zn-Mg-Cu, a temperatura é de 450-465°C, mantida por 24 horas.
Quando a superfície do lingote apresentar defeitos como precipitados de segregação, inclusões, cicatrizes e trincas, a moagem deve ser realizada. Este é um fator crucial para garantir a boa qualidade superficial do produto acabado. A quantidade de fresamento depende da profundidade dos defeitos, geralmente 4-10 mm.
O revestimento é um processo único na produção de chapas e tiras de liga de alumínio. Envolve colocar folhas de revestimento na parte superior e inferior da peça fundida e combiná-las em um só corpo por meio de laminação a quente.
O objetivo do revestimento é aumentar a resistência à corrosão das folhas e tiras de liga de alumínio, proteger o metal base da corrosão e melhorar o desempenho tecnológico. A chapa de revestimento deve ter composição química adequada e espessura adequada.
Para chapas à base de alumínio duro, utiliza-se alumínio puro com teor de cobre e zinco inferior a 1% 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 folha de revestimento.
Dependendo da espessura da chapa e da aplicação, a camada de revestimento da chapa acabada é de 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 peça fundida é aberta. A camada de revestimento é de 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 lingotes de alumínio puro e liga de alumínio de baixa liga, a temperatura de aquecimento é de 500 ℃ ou superior; para lingotes de liga de alumínio duro é 390-430℃; e para ligas de alumínio superduras, é 370-410 ℃.
O tempo de aquecimento visa atingir uma temperatura uniforme em toda a seção transversal da peça fundida. Um tempo de aquecimento muito longo resulta em uma camada de óxido muito espessa na superfície da peça fundida, o que não favorece a combinação da folha de revestimento e do lingote. A peça fundida é aquecida em 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, existem três métodos de laminação a quente de peças fundidas em liga de alumínio:
(1) Laminação a quente de quadro único
Que completa todo o processo desde o início do tarugo até a conclusão da laminação a quente em uma máquina de laminação a quente.
Grandes peças fundidas são usadas para melhorar a eficiência da produção e são usados laminadores reversíveis. Moinhos de quatro rolos são usados para aumentar a largura da placa e melhorar o formato da placa. Com a laminação a quente de estrutura única, a queda de temperatura da peça laminada é grande, a espessura final da laminação é grande (6-8 mm), o peso da bobina é relativamente leve e a qualidade e eficiência de produção da peça laminada não são ideais.
(2) Laminação a quente de suporte duplo
Este processo começa com um laminador reversível realizando a formação inicial do tarugo e a laminação áspera a quente do lingote, antes que a peça seja 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 melhoradas, 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 1-2 laminadores reversíveis para formação de tarugos e laminação de desbaste a quente, antes que a peça seja movida para 3-6 laminadores tandem de quatro alturas para laminação de acabamento a quente, com cada suporte realizando uma única passagem. Como lingotes grandes são laminados em alta velocidade, não apenas a escala de produção é grande, mas o tempo de intervalo de laminação também é curto, 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 passagem, temperatura de laminação, velocidade de laminação e lubrificação e resfriamento. Uma maior redução de passe é benéfica para que a deformação penetre na peça de trabalho, reduzindo a probabilidade de rachaduras nas bordas e enrolamento do rolo. Contudo, a redução da passagem é limitada pelas condições de roll-bit.
Além disso, durante a fase de formação do tarugo, tanto a redução da passagem como 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 revestidos de alumínio, 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% a 4%. A laminação de bordas pode melhorar o estado de tensão na borda da peça de trabalho, reduzindo rachaduras nas bordas.
A implementação do revestimento na lateral do lingote e a laminação das bordas podem eliminar rachaduras nas bordas durante a laminação a quente de ligas de alumínio. Nas fases posteriores da laminação, à medida que o comprimento da peça aumenta, a velocidade de laminação também deve ser aumentada proporcionalmente.
Para obter qualidade de laminação plana e suave e reduzir a força de laminação, a lubrificação adequada é crucial 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 concentração de % a %, um pouco menor na laminação de ligas duras. O agente emulsionante consiste em óleo de transformador, ácido oleico e trietanolamina.
Para obter boa planicidade em bobinas laminadas a quente, é essencial o controle do formato da folga do rolo em 546 graus, obtido através do uso de dobramento hidráulico do rolo, resfriamento do corpo do rolo seccional e controle da convexidade original do rolo (ver controle do formato do rolo), juntamente com com ajuste apropriado da programação e velocidade de laminação.
A emulsão pulverizada no rolo, além de lubrificar, também tem função de resfriamento. A pressão no bico de pulverização deve ser em torno de , com vazão 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 bobinas laminadas a quente.
A laminação a frio pode ser realizada em um laminador de suporte único ou em um laminador tandem. Atualmente, laminadores não reversíveis de quatro alturas e de suporte único são mais comumente usados, com velocidade de laminação de 520 m/s, ou até 2.540 m/s para laminação tandem.
O controle automático abrangente é implementado através de sistemas de computador, como controle automático de planicidade (AFC), controle automático de calibre (AGC), controle automático de tensão (ATC) e regulação 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.
Sob condições onde as capacidades do equipamento permitem, a lubrificação e o resfriamento são eficazes e a peça de trabalho não racha nas bordas e pode atingir uma boa superfície, a laminação a frio deve ter como objetivo uma redução de passe alto.
Para alumínio puro e ligas macias, a redução de passagem permitida é de 50% a 70%, geralmente 40% a 50%; para ligas duras, fica em torno 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 onde não ocorrem trincas nas bordas, a taxa total de redução da laminação a frio para alumínio puro e ligas macias pode atingir mais de 95%, e ligas duras pode atingir 90% a 92%.
Para evitar rachaduras nas bordas e quebras de banda, ligas com baixa plasticidade requerem pré-recozimento com laminação de banda a quente, e 1 a 2 recozimentos intermediários são realizados durante laminação a frio.
A espessura do último recozimento intermediário, ou a taxa de redução total da última passagem de laminação a frio, tem papel crucial e impacto no desempenho do produto final.
A tensão nas peças rolantes durante a laminação afeta sua espessura, planicidade e uniformidade. A tensão deve ser menor que o limite de escoamento dos rolos, e sua magnitude depende da plasticidade e da tendência a trincas nas bordas dos rolos.
Durante os estágios de aceleração, velocidade constante e desaceleração do rolamento, as flutuações na tensão devem ser minimizadas.
A função da lubrificação do processo durante a laminação a frio (consulte Lubrificação do processo de laminação a frio) e 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 de perfil do rolo). ). Os lubrificantes de resfriamento devem ter propriedades lubrificantes, de lavagem e de resfriamento simultaneamente.
Para velocidades de laminação inferiores a 5 m/s, pode-se utilizar uma emulsão à base de água com concentração de 2% a 8%; para laminação de alta velocidade, é usado óleo de laminação composto de óleo base e aditivos, conhecido como lubrificação completa com óleo.
Seja emulsão ou óleo integral, ambos precisam ser filtrados durante o processo de reciclagem para remover as cinzas de alumínio e alumina lavadas das peças e rolos.
No lubrificante de resfriamento filtrado, as impurezas devem ser inferiores a 0,5 g/L e o tamanho das partículas das impurezas deve ser inferior a ~μm.
Tratamento térmico – Além de produtos laminados a quente e endurecidos a frio, as placas e tiras de liga de alumínio devem passar por recozimento separado ou tratamento de têmpera e envelhecimento conforme necessário (consulte Tratamento térmico de material de liga não ferrosa).
Acabamento refere-se ao processamento e disposição de placas e tiras antes da entrega, após laminação e 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 corte transversal e corte longitudinal. O corte transversal corta a tira enrolada em placas, enquanto o corte longitudinal divide a tira enrolada larga em várias bobinas estreitas.
O corte também remove as pontas dianteiras e traseiras com discrepâncias de tamanho e peças com qualidade de superfície abaixo do padrão.
O endireitamento pode reduzir ou eliminar as tensões internas nas placas e tiras após laminação ou tratamento térmico e os desníveis por isso causados. O endireitamento inclui endireitamento por rolo, endireitamento por tensão e polimento.
O endireitamento por tensão é dividido em endireitamento por tensão de placa e endireitamento por tensão de tira. Usando dobramento, estiramento ou desbaste repetidos, as placas e tiras são submetidas a uma deformação plástica de 1% a 2% para atingir o objetivo de endireitamento.
