Гравитационно кокилно леене – оптимизирано втвърдяване чрез ултразвукова обработка

Ултразвукът предлага мащабируем, енергийно ефективен подход за оптимизиране на микроструктурата на металите, отлети гравитационно – преодолявайки разликата между икономичността на леенето и изискванията за високи експлоатационни характеристики. При гравитационното кокилно леене контролът на втвърдяването е от съществено значение за получаването на метални компоненти с високи експлоатационни характеристики. Ултразвуковата обработка на разтопени метали по време на втвърдяването представлява мощен нехимичен метод за измелчаване на структурата, който подобрява качеството на отливките на микроструктурно ниво. Втвърдяването с ултразвуково подпомагане насърчава хетерогенното зародишообразуване, разрушава дендритните структури и изравнява температурата и разпределението на разтворените вещества в стопилката.

Втвърдяване на метални стопилки, стимулирано с ултразвук

Ултразвуковата обработка на разтопени метали по време на втвърдяването представлява мощен нехимичен метод за измелчаване на структурата, който подобрява качеството на отливките на микроструктурно ниво. Чрез въвеждане на ултразвукови вибрации с висок интензитет в стопилката се предизвикват акустична кавитация и акустични течения. Тези явления насърчават хетерогенното зародишообразуване, разрушават дендритните структури и изравняват температурата и разпределението на разтворените вещества в стопилката.
В резултат на това втвърдяването с ултразвуково подпомагане води до значително по-фина и по-равномерна зърнеста структура, намалена ликвация и подобрени механични свойства като якост, пластичност и устойчивост на умора. Особено при гравитационното кокилно леене, при което зоните на подхранващите глави са предразположени към късно втвърдяване и свързаните с него дефекти, целенасоченото прилагане на ултразвук може локално да подобри кинетиката на втвърдяването и да осигури компоненти с по-добра структура.

Металургични предизвикателства и втвърдяване с ултразвуково подпомагане като решение

Скорошни изследвания на Riedel et al. (2019) показват, че включването на ултразвук по време на фазата на втвърдяване при леенето на алуминий значително измелчава зърнестата структура и подобрява локалните механични свойства. С ултразвуковите сонди на Hielscher, които са специално проектирани за потапяне в разтопен метал, втвърдяването с ултразвуково подпомагане е надеждно решение за подобрено кокилно леене.
Гравитационното кокилно леене на алуминиеви сплави – особено AlSi7Mg0.3 (A356) – се използва широко в автомобилния и аерокосмическия сектор. Областите в близост до подхранващите глави обаче често се втвърдяват последни, което води до по-груби микроструктури поради по-ниските скорости на охлаждане. Това води до по-лоши механични свойства в тези зони, намалява общата структурна цялост на компонента и усложнява последващата механична обработка.
Традиционните методи за ограничаване на този проблем – като химични модификатори за измелчаване на зърното (напр. лигатури Al-Ti-B), усилено охлаждане и оптимизиране на конструкцията на формата – имат ограничения. Те често не успяват да постигнат равномерна микроструктура в цялата отливка и могат да внесат примеси или да изискват голям разход на енергия.

Втвърдяването на разтопен алуминий с ултразвуково подпомагане води до постепенно подобряване и по-хомогенно разпределение на механичните свойства и общо увеличаване на якостта на опън.

Втвърдяване с ултразвуково подпомагане

• До 30% намаляване на разстоянието между дендритните разклонения (DAS) в зоните, съседни на подхранващите глави.
• Значително увеличаване на твърдостта и якостта на опън, особено в области, които преди са били слаби.
• Подобрена изотропност на механичните свойства, позволяваща проектиране на по-тънки стени без влошаване на експлоатационните характеристики.

Високопроизводителни ултразвукови сонди за кокилно леене

Hielscher предлага високопроизводителни ултразвукови процесори, оборудвани със специално разработени керамични сонотроди. Специално проектираните ултразвукови керамични сонди са подходящи за непрекъсната ултразвукова обработка при висока температура, а охлаждан удължител предпазва преобразувателя от термични повреди.
Тези сонотроди са:

• Термично стабилни над 700°C
• Устойчиви на кавитация, което свежда до минимум ерозията и замърсяването
• Приспособими за вграждане в подхранващи глави или сърца в леярски форми

 
Компактната им конструкция позволява дооборудване на съществуващи инсталации за кокилно леене, откривайки възможности за ново ниво на контрол на процеса и повторяемост при леенето на алуминий.

Ултразвуковата обработка при втвърдяване с оборудване на Hielscher за промишлени приложения утвърждава този метод като мощен инструмент за:

• Намаляване на дефектите в отливките
• Повишаване на механичната надеждност
• Намаляване на разходите за последваща обработка

 
 
Таблицата по-долу представя нашите ултразвукови процесори, подходящи за гравитационно кокилно леене:

Проектиране, производство и консултации – качество, произведено в Германия

Ултразвуковите апарати на Hielscher са добре известни с най-високото си качество и най-високите си стандарти за проектиране. Здравината и лесната работа позволяват безпроблемното интегриране на нашите ултразвукови апарати в промишлени съоръжения. Ултразвуковите апарати на Hielscher лесно се справят с тежки условия и взискателни работни среди.

Hielscher Ultrasonics е компания, сертифицирана по ISO, и поставя специален акцент върху високопроизводителни ултразвукови апарати, отличаващи се с най-съвременни технологии и удобство за потребителя. Разбира се, ултразвуковите апарати на Hielscher съответстват на изискванията за CE и отговарят на изискванията на UL, CSA и RoHs.