Qravitasiya ilə metal qəlibə tökmə – sonikasiya ilə optimallaşdırılmış bərkimə
Ultrasəs qravitasiya ilə tökülmüş metalların mikrostrukturunu optimallaşdırmaq üçün miqyaslandırıla bilən, enerji baxımından səmərəli bir yol təklif edir – tökmənin iqtisadi səmərəliliyi ilə yüksək istismar göstəricilərinə olan tələblər arasındakı fərqi aradan qaldırır. Qravitasiya ilə metal qəlibə tökmədə bərkiməyə nəzarət yüksək istismar göstəricilərinə malik metal komponentlərin əldə edilməsi üçün vacibdir. Bərkimə zamanı ərimiş metalların sonikasiyası tökmənin keyfiyyətini mikrostruktur səviyyəsində artıran güclü, kimyəvi olmayan xırdalama üsuludur. Ultrasəsin köməyi ilə bərkimə heterogen nüvəəmələgəlməni təşviq edir, dendrit strukturlarını parçalayır və ərimiş metalda temperaturun və həll olmuş maddələrin paylanmasını bərabərləşdirir.
Ərimiş metalların ultrasəslə təşviq edilən bərkiməsi
Bərkimə zamanı ərimiş metalların ultrasəslə emalı tökmənin keyfiyyətini mikrostruktur səviyyəsində artıran güclü, kimyəvi olmayan xırdalama üsuludur. Ərimiş metala yüksək intensivlikli ultrasəs rəqsləri daxil edildikdə akustik kavitasiya və akustik axın yaranır. Bu hadisələr heterogen nüvəəmələgəlməni təşviq edir, dendrit strukturlarını parçalayır və ərimiş metalda temperaturun və həll olmuş maddələrin paylanmasını bərabərləşdirir.
Nəticədə, ultrasəsin köməyi ilə bərkimə əhəmiyyətli dərəcədə daha xırda və daha bərabər dənə strukturuna, seqreqasiyanın azalmasına və möhkəmlik, plastiklik və yorulmaya davamlılıq kimi mexaniki xassələrin yaxşılaşmasına gətirib çıxarır. Xüsusilə qravitasiya ilə metal qəlibə tökmədə, qidalandırıcı zonaların gec bərkiməyə və bununla bağlı qüsurlara meyilli olduğu hallarda, ultrasəsin məqsədyönlü tətbiqi bərkimə kinetikasını yerli olaraq yaxşılaşdıra və struktur baxımından daha üstün komponentlər əldə etməyə imkan verə bilər.
Hielscher sonikatorları metal qəlibə tökmədə ərimiş metalların bərkiməsini yaxşılaşdırır
Metallurgiya problemləri və həll yolu kimi ultrasəslə bərkimə
Riedel və həmmüəlliflərinin (2019) son tədqiqatları göstərmişdir ki, alüminium tökmənin bərkimə mərhələsində ultrasəsin tətbiqi dənə strukturunu əhəmiyyətli dərəcədə xırdalayır və yerli mexaniki xassələri yaxşılaşdırır. Ərimiş metala batırılmaq üçün xüsusi olaraq layihələndirilmiş Hielscher ultrasəs zondları ilə ultrasəslə bərkimə metal qəlibə tökməni yaxşılaşdırmaq üçün etibarlı həll yoludur.
Alüminium ərintilərinin – xüsusilə AlSi7Mg0.3 (A356) ərintisinin – qravitasiya ilə metal qəlibə tökülməsi avtomobil və aerokosmik sektorlarda geniş istifadə olunur. Lakin qidalandırıcıların yaxınlığındakı sahələr çox vaxt ən sonda bərkiyir və daha aşağı soyuma sürətləri səbəbindən daha iri mikrostrukturlar əmələ gəlir. Bu, həmin zonalarda mexaniki xassələrin zəifləməsinə gətirib çıxarır, komponentin ümumi bütövlüyünü azaldır və sonrakı mexaniki emalı çətinləşdirir.
Bunu azaltmaq üçün ənənəvi üsulların – kimyəvi dənə xırdalayıcılarının (məsələn, Al-Ti-B liqaturalarının), soyutmanın gücləndirilməsinin və qəlib konstruksiyasının optimallaşdırılmasının – məhdudiyyətləri var. Onlar çox vaxt tökmənin bütün həcmində bərabər mikrostruktur təmin edə bilmir və çirkləndirici qarışıqlar daxil edə və ya yüksək enerji sərfi tələb edə bilər.
Ərimiş alüminiumun ultrasəsin köməyi ilə bərkiməsi mexaniki xassələrin tədricən yaxşılaşmasına və daha homogen paylanmasına, eləcə də dartılma möhkəmliyinin ümumi artmasına gətirib çıxarır.
Ultrasəslə bərkimə
- Qidalandırıcılara bitişik zonalarda dendrit qolları arasındakı məsafənin (DAS) 30%-ə qədər azalması.
- Xüsusilə əvvəllər zəif olan sahələrdə sərtliyin və dartılma möhkəmliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artması.
- Mexaniki xassələrin izotropluğunun yaxşılaşması, istismar göstəricilərini azaltmadan daha nazik divarlı konstruksiyaların hazırlanmasına imkan verir.
Maye alüminiumun emalı üçün Hielscher ultrasəs zondu
Metal qəlibə tökmə üçün yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs zondları
Hielscher xüsusi hazırlanmış keramika sonotrodlarla təchiz edilmiş yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs prosessorları təklif edir. Xüsusi olaraq layihələndirilmiş ultrasəs keramika zondları yüksək temperaturda fasiləsiz sonikasiya üçün uyğundur və soyudulan uzadıcı hissə çeviricini istilik zədələnmələrindən qoruyur.
Bu sonotrodlar:
- 700°C-dən yuxarı temperaturlarda termik sabitdir
- Kavitasiyaya davamlıdır, eroziyanı və çirklənməni minimuma endirir
- Tökmə qəliblərində qidalandırıcıya və ya içliyə inteqrasiya üçün fərdiləşdirilə bilir
Onların yığcam konstruksiyası mövcud metal qəlibə tökmə qurğularına sonradan quraşdırılmasına imkan verir və alüminium tökmədə prosesə nəzarətin və təkrarlana bilmənin yeni səviyyəsinə yol açır.
Hielscher sənaye avadanlığı ilə ultrasəslə bərkimə emalı bu üsulu aşağıdakılar üçün güclü alətə çevirir:
- Tökmə qüsurlarının azaldılması
- Mexaniki etibarlılığın artırılması
- Sonrakı emal xərclərinin azaldılması
Aşağıdakı cədvəldə qravitasiya ilə metal qəlibə tökmə üçün uyğun ultrasəs prosessorlarımız sadalanır:
| Sonikator modeli | Nominal güc | Ultrasəs tezliyi |
|---|---|---|
| UIP1000hdT | 10.000 vatt | 20 kilohers |
| UIP1500hdT | 1500 vatt | 20 kilohers |
| UIP2000hdT | 2000 vatt | 20 kilohers |
| UIP4000hdT | 4000 vatt | 20 kilohers |
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və layihələndirmə standartları ilə tanınır. Möhkəmlik və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rəvan inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları ağır şəraitdə və yüksək tələblər qoyulan mühitlərdə asanlıqla işləyir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya malik, istifadəsi rahat, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi diqqət yetirir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Ultrasəs qurğusu: UIP1000hdT sonikatoru ərimiş metalların bərkiməsinin yaxşılaşdırılması üçün
tədqiqat və şəkil: ©Riedel et al. 2019
Ədəbiyyat / İstinadlar
- E. Riedel, I. Horn, N. Stein, H. Stein, R. Bähr, S. Scharf (2019): Ultrasonic treatment: a clean technology that supports sustainability in casting processes. Procedia CIRP, Volume 80, 2019. 101-107.
- E. Riedel, P. Köhler, M. Ahmed, B. Hellmann, I. Horn, S. Scharf (2021): Industrial suitable and digitally recordable application of ultrasound for the enviromentally friendly degassing of aluminium melts before tilt casting. Procedia CIRP, Volume 98, 2021. 589-594.
- Riedel, Eric (2020): Numerisch gestützte Untersuchung einer erstarrungsbegleitenden Ultraschallbehandlung der Legierung AlSi7Mg0,3. PhDThesis Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau 2020.
- Ruirun, C. et al. (2017): Effects of ultrasonic vibration on the microstructure and mechanical properties of high alloying TiAl. Sci. Rep. 7, 2017.
Tez-tez verilən suallar
Metal qəlibə tökmə nədir?
Metal qəlibə tökmə ərimiş metalın adətən qravitasiya və ya yüksək təzyiq altında poladdan hazırlanmış qəlibə vurulduğu və ya töküldüyü metal formalaşdırma prosesidir. Qravitasiya ilə metal qəlibə tökmədə ərimiş metal qəlib boşluğuna yalnız cazibə qüvvəsi ilə axır. Bu proses yüksək ölçü dəqiqliyi, yaxşı səth keyfiyyəti və sabit mexaniki xassələri olan, son formaya yaxın komponentlərin istehsalına imkan verir – xüsusilə alüminium kimi əlvan metal ərintiləri üçün.
Ərimiş alüminium nə üçün istifadə olunur?
Ərimiş alüminium maye vəziyyətdə olan alüminium ərintisini ifadə edir; temperatur adətən ~660 °C-dən yuxarı (saf alüminium) və ya ərintilər üçün daha yüksək olur. Tökmədə ərimiş alüminium aşağı sıxlığın, korroziyaya davamlılığın, istilikkeçirmənin və mexaniki möhkəmliyin əlverişli birləşməsini tələb edən komponentlərin istehsalı üçün istifadə olunur. Geniş yayılmış tətbiqlərə avtomobil hissələri (məsələn, mühərrik blokları, təkərlər), aerokosmik konstruksiyalar, eləcə də maşınlarda və istehlak mallarında konstruktiv komponentlər daxildir.
Dendritlər nədir?
Dendritlər metal ərintilərinin bərkiməsi zamanı əmələ gələn ağacabənzər kristal strukturlardır. Onlar ilkin nüvəəmələgəlmə mərkəzlərindən yaranır və üstünlük verilən kristalloqrafik istiqamətlərdə ərimiş metalın daxilinə doğru böyüyür. Dendrit morfologiyasına temperatur qradiyenti və bərkimə sürəti təsir edir. İri dendrit strukturları adətən zəif mexaniki xassələrlə əlaqələndirilir və buna görə yüksək istismar göstəricilərinə malik tökmələrdə arzuolunmazdır. Ultrasəslə emal kimi dənə xırdalama üsulları dendritlərin həddindən artıq böyüməsini məhdudlaşdırmaq məqsədi daşıyır.
Bərkimə nə deməkdir?
Bərkimə maye metalın likvidus temperaturundan aşağı soyuduqca bərk hala keçdiyi faza keçididir. Bu proses zamanı atomlar kristal qəfəsdə düzülərək dənələr əmələ gətirir. Bərkimənin kinetikası və termodinamikası yaranan mikrostrukturu – dənə ölçüsünü, morfologiyanı və seqreqasiyanı – müəyyən edir; bunlar da öz növbəsində son tökmənin mexaniki və fiziki xassələrini müəyyənləşdirir. Nəzarət olunan bərkimə tökmə materiallarında qüsurların minimuma endirilməsi və mikrostrukturun optimallaşdırılması üçün həlledici əhəmiyyət daşıyır.
Hielscher Ultrasonics yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs homogenizatorlarını laboratoriya ölçüsündən başlayaraq sənaye ölçüsünədək istehsal edir.