Kokillestøbning – optimeret størkning ved sonikering

Ultralyd tilbyder en skalerbar, energieffektiv vej til at optimere mikrostrukturen i metaller støbt ved hjælp af tyngdekraften – og bygger bro mellem økonomisk støbning og krav om høj ydeevne. Ved kokillestøbning er styring af størkningen afgørende for at opnå metalkomponenter med høj ydeevne. Sonikering af smeltede metaller under størkningen er en effektiv, ikke-kemisk forfiningsmetode, der forbedrer støbekvaliteten på mikrostrukturelt niveau. Ultralydsassisteret størkning fremmer heterogen kimdannelse, bryder dendritiske strukturer op og homogeniserer temperaturen og fordelingen af opløste stoffer i smelten.

Ultralydsfremmet størkning af metalsmelter

Ultralydsbehandling af smeltede metaller under størkningen er en effektiv, ikke-kemisk forfiningsmetode, der forbedrer støbekvaliteten på mikrostrukturelt niveau. Ved at tilføre smelten ultralydsvibrationer med høj intensitet fremkaldes akustisk kavitation og strømning. Disse fænomener fremmer heterogen kimdannelse, bryder dendritiske strukturer op og homogeniserer temperaturen og fordelingen af opløste stoffer i smelten.
Som følge heraf fører ultralydsassisteret størkning til en betydeligt finere og mere ensartet kornstruktur, reduceret segregation og forbedrede mekaniske egenskaber såsom styrke, duktilitet og udmattelsesmodstand. Især ved kokillestøbning, hvor efterføderzoner er tilbøjelige til sen størkning og dermed forbundne fejl, kan målrettet anvendelse af ultralyd lokalt forbedre størkningskinetikken og give komponenter med en overlegen struktur.

Metallurgiske udfordringer og ultralydsassisteret størkning som løsning

Nyere forskning udført af Riedel et al. (2019) har vist, at integration af ultralyd under størkningsfasen ved aluminiumstøbning forfiner kornstrukturen betydeligt og forbedrer de lokale mekaniske egenskaber. Med ultralydssonder fra Hielscher, som er specielt konstrueret til nedsænkning i smeltet metal, er ultralydsassisteret størkning en robust løsning til forbedret støbning i metalforme.
Kokillestøbning af aluminiumlegeringer – især AlSi7Mg0.3 (A356) – anvendes i vid udstrækning i bilindustrien samt luft- og rumfartsindustrien. Områder nær efterfødere størkner dog ofte sidst, hvilket resulterer i grovere mikrostrukturer på grund af langsommere afkølingshastigheder. Dette medfører ringere mekaniske egenskaber i disse zoner, hvilket reducerer komponentens samlede integritet og komplicerer den efterfølgende spåntagende bearbejdning.
Traditionelle metoder til at afhjælpe dette – såsom kemiske kornforfiningsmidler (f.eks. Al-Ti-B-forlegeringer), øget køling og optimering af støbeformens design – har begrænsninger. De formår ofte ikke at opnå en ensartet mikrostruktur i hele støbegodset og kan tilføre urenheder eller kræve store energitilførsler.

Ultralydsassisteret størkning af smeltet aluminium fører til en gradvis forbedring og en mere homogen fordeling af de mekaniske egenskaber samt en samlet stigning i trækstyrken.

Ultralydsassisteret størkning

• Op til 30% reduktion i afstanden mellem dendritarme (DAS) i zoner nær efterfødere.
• Betydelig stigning i hårdhed og trækstyrke, især i tidligere svage områder.
• Forbedret isotropi af de mekaniske egenskaber, hvilket muliggør konstruktioner med tyndere vægge uden at gå på kompromis med ydeevnen.

Højtydende ultralydssonder til støbning i metalforme

Hielscher tilbyder højtydende ultralydsprocessorer udstyret med specialudviklede keramiske sonotroder. Specielt konstruerede keramiske ultralydssonder er egnede til kontinuerlig sonikering ved høj temperatur, og et afkølet forlængerstykke beskytter transduceren mod termiske skader.
Disse sonotroder er:

• Termisk stabile over 700°C
• Modstandsdygtige over for kavitation, hvilket minimerer erosion og kontaminering
• Kan tilpasses til integration i efterfødere eller kerner i støbeforme

 
Deres kompakte design muliggør eftermontering i eksisterende anlæg til støbning i metalforme og åbner døren til et nyt niveau af processtyring og gentagelsesnøjagtighed ved aluminiumstøbning.

Ultralydsbehandling under størkningen med Hielschers udstyr til industriel brug gør denne metode til et effektivt værktøj til:

• Reduktion af støbefejl
• Forbedring af den mekaniske pålidelighed
• Reduktion af omkostningerne til efterbearbejdning

 
 
Tabellen nedenfor viser vores ultralydsprocessorer, der er egnede til kokillestøbning:

Design, fremstilling og rådgivning – kvalitet fremstillet i Tyskland

Hielschers ultralydsapparater er kendt for deres højeste kvalitets- og designstandarder. Robusthed og enkel betjening muliggør problemfri integration af vores ultralydsapparater i industrielle anlæg. Hielschers ultralydsapparater klarer nemt barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på højtydende ultralydsapparater med den nyeste teknologi og brugervenlighed. Hielschers ultralydsapparater er naturligvis CE-kompatible og opfylder kravene i UL, CSA og RoHs.