Gravitační tlakové lití – Optimalizované tuhnutí sonikací

Ultrazvuk nabízí škálovatelnou, energeticky účinnou cestu k optimalizaci mikrostruktury gravitačně odlévaných kovů – překlenutí rozdílu mezi hospodárností odlévání a požadavky na vysoký výkon. Při gravitačním tlakovém lití je kontrola tuhnutí zásadní pro dosažení vysoce výkonných kovových součástí. Sonikace roztavených kovů během tuhnutí představuje účinnou nechemickou metodu zušlechťování, která zvyšuje kvalitu odlitku na mikrostrukturní úrovni. Ultrazvukem podporované tuhnutí podporuje heterogenní nukleaci, narušuje dendritické struktury a homogenizuje rozložení teploty a rozpuštěných látek v tavenině.

Ultrazvukem podporované tuhnutí kovových tavenin

Ultrazvukové zpracování roztavených kovů během tuhnutí představuje účinnou nechemickou metodu zušlechťování, která zvyšuje kvalitu odlitků na mikrostrukturní úrovni. Zavedením vysoce intenzivních ultrazvukových vibrací do taveniny se vyvolá akustická kavitace a proudění. Tyto jevy podporují heterogenní nukleaci, narušují dendritické struktury a homogenizují rozložení teploty a rozpuštěných látek v tavenině.
Výsledkem ultrazvukově asistovaného tuhnutí je výrazně jemnější a rovnoměrnější struktura zrn, snížení segregace a zlepšení mechanických vlastností, jako je pevnost, tažnost a odolnost proti únavě. Zejména v gravitačním tlakovém lití, kde jsou podávací zóny náchylné k pozdnímu tuhnutí a souvisejícím vadám, může cílená aplikace ultrazvuku lokálně zlepšit kinetiku tuhnutí a přinést strukturně lepší součásti.

Metalurgické výzvy a ultrazvukové tuhnutí jako řešení

Nedávný výzkum Riedela a spol. (2019) ukázal, že integrace ultrazvuku během fáze tuhnutí při odlévání hliníku významně zjemňuje strukturu zrn a zlepšuje lokální mechanické vlastnosti. S ultrazvukovými sondami od společnosti Hielscher, které jsou speciálně navrženy pro ponoření do roztaveného kovu, je ultrazvukové tuhnutí robustním řešením pro lepší lití pod tlakem.
Gravitační tlakové lití hliníkových slitin – zejména AlSi7Mg0,3 (A356) – se hojně používá v automobilovém a leteckém průmyslu. Oblasti v blízkosti podavačů však často tuhnou jako poslední, což má za následek hrubší mikrostruktury v důsledku pomalejšího ochlazování. To vede k horším mechanickým vlastnostem v těchto zónách, což snižuje celkovou integritu součásti a komplikuje následné obrábění.
Tradiční metody pro zmírnění této situace – jako jsou chemické zušlechťovače zrn (např. hlavní slitiny Al-Ti-B), vylepšené chlazení a optimalizace konstrukce forem. – mají svá omezení. Často se při nich nedaří dosáhnout rovnoměrné mikrostruktury v celém odlitku a mohou do něj vnášet nečistoty nebo vyžadovat vysoké energetické vstupy.

Ultrazvukem podporované tuhnutí roztaveného hliníku vede k postupnému zlepšování a homogennějšímu rozložení mechanických vlastností a celkovému zvýšení pevnosti v tahu.

Ultrazvukové tuhnutí

• Až 30% snížení rozestupu dendritických ramen (DAS) v přilehlých zónách.
• Výrazné zvýšení tvrdosti a pevnosti v tahu, zejména v dříve slabých oblastech.
• Zlepšená izotropie mechanických vlastností, která umožňuje konstrukci tenčích stěn bez ztráty výkonu.

Vysoce výkonné ultrazvukové sondy pro tlakové lití

Společnost Hielscher nabízí vysoce výkonné ultrazvukové procesory vybavené speciálně vyvinutými keramickými sonotrodami. Speciálně konstruované ultrazvukové keramické sondy jsou vhodné pro nepřetržitou sonikaci při vysoké teplotě a chlazený nástavec chrání snímač před tepelným poškozením.
Tyto sonotrody jsou:

• Teplotně stabilní při teplotách nad 700 °C
• odolnost proti kavitaci, minimalizace eroze a kontaminace
• Přizpůsobení pro integraci podavače nebo jádra do licích forem

 
Jejich kompaktní konstrukce umožňuje dodatečnou montáž do stávajících zařízení pro tlakové lití a otevírá tak dveře nové úrovni kontroly procesu a opakovatelnosti při odlévání hliníku.

Ultrazvuková solidifikace ošetření s Hielscher průmyslové třídy zařízení pozice této metody jako výkonný nástroj pro:

• Snížení vad odlitků
• Zvyšování mechanické spolehlivosti
• Snížení nákladů na následné zpracování

 
 
V následující tabulce jsou uvedeny naše ultrazvukové procesory vhodné pro gravitační tlakové lití:

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.