Gravitační lití do kokil – optimalizované tuhnutí pomocí sonikace

Ultrazvuk nabízí škálovatelnou a energeticky účinnou cestu k optimalizaci mikrostruktury kovů odlévaných gravitačně – a překlenuje tak propast mezi hospodárností lití a požadavky na vysoký výkon. Při gravitačním lití do kokil je řízení tuhnutí zásadní pro dosažení vysoce výkonných kovových součástí. Sonikace roztavených kovů během tuhnutí představuje účinnou nechemickou metodu zjemňování, která zlepšuje kvalitu odlitků 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 zjemňování, která zlepšuje 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 je, že ultrazvukem podporované tuhnutí vede k výrazně jemnější a rovnoměrnější zrnité struktuře, snížené segregaci a lepším mechanickým vlastnostem, jako je pevnost, tažnost a odolnost proti únavě. Zejména při gravitačním lití do kokil, kde zóny nálitků mají sklon k pozdnímu tuhnutí a souvisejícím vadám, může cílené použití ultrazvuku lokálně zlepšit kinetiku tuhnutí a vést ke strukturně lepším součástem.

Metalurgické výzvy a ultrazvukové tuhnutí jako řešení

Nedávný výzkum Riedela et al. (2019) ukázal, že začlenění ultrazvuku do fáze tuhnutí při lití hliníku výrazně zjemňuje zrnitou strukturu a zlepšuje lokální mechanické vlastnosti. S ultrazvukovými sondami od společnosti Hielscher, které jsou speciálně zkonstruovány pro ponoření do roztaveného kovu, je ultrazvukové tuhnutí robustním řešením pro zdokonalené lití do kovových forem.
Gravitační lití hliníkových slitin do kokil – zejména AlSi7Mg0.3 (A356) – se široce používá v automobilovém a leteckém průmyslu. Oblasti v blízkosti nálitků však často tuhnou jako poslední, což vlivem pomalejších rychlostí ochlazování vede k hrubším mikrostrukturám. To má za následek horší mechanické vlastnosti v těchto zónách, snižuje celkovou integritu součásti a komplikuje následné obrábění.
Tradiční metody, jak tomu zabránit – například chemická očkovadla pro zjemnění zrna (např. předslitiny Al-Ti-B), intenzivnější chlazení a optimalizace konstrukce formy – mají svá omezení. Často nedokážou dosáhnout rovnoměrné mikrostruktury v celém odlitku a mohou vnášet nečistoty nebo vyžadovat vysoký přívod energie.

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

Ultrazvukové tuhnutí

• Až o 30 % menší vzdálenost ramen dendritů (DAS) v zónách přilehlých k nálitkům.
• Výrazné zvýšení tvrdosti a pevnosti v tahu, zejména v dříve slabých oblastech.
• Lepší izotropie mechanických vlastností, která umožňuje konstrukce s tenčími stěnami bez ztráty výkonu.

Vysoce výkonné ultrazvukové sondy pro lití do kovových forem

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

• Tepelně stabilní nad 700°C
• Odolné vůči kavitaci, což minimalizuje erozi a kontaminaci
• Přizpůsobitelné pro integraci do nálitku nebo jádra v licích formách

Jejich kompaktní konstrukce umožňuje dodatečnou instalaci do stávajících sestav pro lití do kovových forem a otevírá cestu k nové úrovni řízení procesu a opakovatelnosti při lití hliníku.

Ultrazvukové ošetření při tuhnutí s průmyslovým zařízením Hielscher činí z této metody účinný nástroj pro:

• Snížení vad odlitků
• Zvýšení mechanické spolehlivosti
• Snížení nákladů na dokončovací operace

V níže uvedené tabulce jsou uvedeny naše ultrazvukové procesory vhodné pro gravitační lití do kokil:

Design, výroba a poradenství – kvalita vyrobená v Německu

Ultrazvukové přístroje Hielscher jsou známé svou nejvyšší kvalitou a konstrukčními standardy. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových přístrojů do průmyslových zařízení. Ultrazvukové přístroje Hielscher snadno zvládají drsné podmínky i náročná prostředí.

Hielscher Ultrasonics je společnost s certifikací ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrazvukové přístroje vyznačující se nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Ultrazvukové přístroje Hielscher samozřejmě vyhovují požadavkům CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.