Gravitaciono kokilno lijevanje – optimizirano skrućivanje ultrazvučnom obradom

Ultrazvuk nudi skalabilan, energetski efikasan put za optimizaciju mikrostrukture gravitaciono lijevanih metala – premošćujući jaz između ekonomičnosti lijevanja i zahtjeva za visokim performansama. Kod gravitacionog kokilnog lijevanja kontrola skrućivanja ključna je za postizanje visokokvalitetnih metalnih komponenata. Ultrazvučna obrada (sonikacija) rastopljenih metala tokom skrućivanja predstavlja snažnu, nehemijsku metodu usitnjavanja strukture koja poboljšava kvalitet odlivaka na mikrostrukturnom nivou. Ultrazvučno potpomognuto skrućivanje potiče heterogenu nukleaciju, razbija dendritne strukture i homogenizira raspodjelu temperature i otopljenih tvari u talini.

Ultrazvučno potaknuto skrućivanje metalnih taljevina

Ultrazvučna obrada rastopljenih metala tokom skrućivanja predstavlja snažnu, nehemijsku metodu usitnjavanja strukture koja poboljšava kvalitet odlivaka na mikrostrukturnom nivou. Uvođenjem ultrazvučnih vibracija visokog intenziteta u talinu izazivaju se akustična kavitacija i strujanje. Ove pojave potiču heterogenu nukleaciju, razbijaju dendritne strukture i homogeniziraju raspodjelu temperature i otopljenih tvari u talini.
Kao rezultat, ultrazvučno potpomognuto skrućivanje dovodi do znatno finije i ujednačenije zrnaste strukture, smanjene segregacije i poboljšanih mehaničkih svojstava kao što su čvrstoća, duktilnost i otpornost na zamor. Naročito kod gravitacionog kokilnog lijevanja, gdje su zone napajača sklone kasnom skrućivanju i s tim povezanim greškama, ciljana primjena ultrazvuka može lokalno poboljšati kinetiku skrućivanja i dati strukturno superiornije komponente.

Metalurški izazovi i ultrazvučno skrućivanje kao rješenje

Nedavno istraživanje Riedela i sar. (2019) pokazalo je da integracija ultrazvuka tokom faze skrućivanja pri lijevanju aluminija značajno usitnjava zrnastu strukturu i poboljšava lokalna mehanička svojstva. Uz ultrazvučne sonde kompanije Hielscher, koje su posebno konstruirane za uranjanje u rastopljeni metal, ultrazvučno skrućivanje je robusno rješenje za poboljšano lijevanje u metalne kalupe.
Gravitaciono kokilno lijevanje aluminijskih legura – naročito AlSi7Mg0.3 (A356) – široko se koristi u automobilskoj i zrakoplovnoj industriji. Međutim, područja u blizini napajača često se skrućuju posljednja, što zbog sporijih brzina hlađenja rezultira grubljim mikrostrukturama. To dovodi do slabijih mehaničkih svojstava u tim zonama, smanjuje ukupni integritet komponente i otežava naknadnu mehaničku obradu.
Tradicionalne metode za ublažavanje ovog problema – kao što su hemijski usitnjivači zrna (npr. predlegure Al-Ti-B), pojačano hlađenje i optimizacija konstrukcije kalupa – imaju ograničenja. Često ne uspijevaju postići ujednačenu mikrostrukturu u cijelom odlivku i mogu unijeti nečistoće ili zahtijevati velik unos energije.

Ultrazvučno potpomognuto skrućivanje rastopljenog aluminija dovodi do postepenog poboljšanja i ravnomjernije raspodjele mehaničkih svojstava te do ukupnog povećanja vlačne čvrstoće.

Ultrazvučno skrućivanje

• Smanjenje razmaka između dendritnih grana (DAS) do 30% u zonama uz napajače.
• Značajno povećanje tvrdoće i vlačne čvrstoće, naročito u ranije slabim područjima.
• Poboljšana izotropija mehaničkih svojstava, što omogućava konstrukcije tanjih zidova bez žrtvovanja performansi.

Visokoučinkovite ultrazvučne sonde za lijevanje u metalne kalupe

Hielscher nudi visokoučinkovite ultrazvučne procesore opremljene posebno razvijenim keramičkim sonotrodama. Posebno konstruirane ultrazvučne keramičke sonde pogodne su za kontinuiranu ultrazvučnu obradu na visokoj temperaturi, a hlađeni nastavak štiti pretvarač od toplotnih oštećenja.
Ove sonotrode su:

• Termički stabilne iznad 700°C
• Otporne na kavitaciju, čime se svodi na minimum erozija i kontaminacija
• Mogu se prilagoditi za integraciju u napajač ili jezgru kalupa za lijevanje

Njihov kompaktan dizajn omogućava naknadnu ugradnju u postojeće postrojenja za lijevanje u metalne kalupe, otvarajući vrata novom nivou kontrole procesa i ponovljivosti pri lijevanju aluminija.

Ultrazvučna obrada skrućivanja opremom industrijske klase kompanije Hielscher čini ovu metodu snažnim alatom za:

• Smanjenje grešaka u odlivcima
• Poboljšanje mehaničke pouzdanosti
• Snižavanje troškova naknadne obrade

U tabeli ispod navedeni su naši ultrazvučni procesori pogodni za gravitaciono kokilno lijevanje:

Dizajn, proizvodnja i konsalting – kvalitet proizveden u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišem kvalitetu i standardima dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućavaju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijske pogone. Hielscher ultrazvučni uređaji lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics je ISO certificirana kompanija i poseban naglasak stavlja na visokoučinkovite ultrazvučne uređaje s najsavremenijom tehnologijom i jednostavnošću korištenja. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji su usklađeni sa CE oznakom i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.