Fundición por gravedad – Solidificación optimizada por sonicación

Los ultrasonidos ofrecen una vía escalable y energéticamente eficiente para optimizar la microestructura de los metales fundidos por gravedad – salvar la brecha entre la economía de fundición y las exigencias de alto rendimiento. En la fundición por gravedad, el control de la solidificación es esencial para conseguir componentes metálicos de alto rendimiento. La sonicación de los metales fundidos durante la solidificación constituye un potente método de refinamiento no químico que mejora la calidad de la fundición a nivel microestructural. La solidificación asistida por ultrasonidos fomenta la nucleación heterogénea, altera las estructuras dendríticas y homogeneiza la temperatura y la distribución de solutos en la masa fundida.

Solidificación de metales fundidos por ultrasonidos

El tratamiento ultrasónico de los metales fundidos durante la solidificación constituye un potente método de refinamiento no químico que mejora la calidad de la fundición a nivel microestructural. Al introducir vibraciones ultrasónicas de alta intensidad en la masa fundida, se inducen la cavitación acústica y el flujo. Estos fenómenos favorecen la nucleación heterogénea, alteran las estructuras dendríticas y homogeneizan la temperatura y la distribución de solutos en la masa fundida.
Como resultado, la solidificación asistida por ultrasonidos da lugar a una estructura de grano significativamente más fina y uniforme, una segregación reducida y mejores propiedades mecánicas como la resistencia, la ductilidad y la resistencia a la fatiga. Especialmente en la fundición por gravedad, donde las zonas de alimentación son propensas a la solidificación tardía y a los defectos asociados, la aplicación selectiva de ultrasonidos puede mejorar localmente la cinética de solidificación y producir componentes estructuralmente superiores.

Desafíos metalúrgicos y la solidificación ultrasónica como solución

Una investigación reciente de Riedel et al. (2019) ha demostrado que la integración de ultrasonidos durante la fase de solidificación de la fundición de aluminio refina significativamente la estructura del grano y mejora las propiedades mecánicas locales. Con las sondas ultrasónicas de Hielscher, diseñadas específicamente para la inmersión en metal fundido, la solidificación ultrasónica es una solución sólida para mejorar la fundición a presión.
Fundición por gravedad de aleaciones de aluminio – en particular AlSi7Mg0,3 (A356) – se utiliza ampliamente en los sectores automovilístico y aeroespacial. Sin embargo, las zonas cercanas a los alimentadores suelen solidificarse en último lugar, lo que da lugar a microestructuras más gruesas debido a velocidades de enfriamiento más lentas. Esto da lugar a propiedades mecánicas inferiores en estas zonas, lo que reduce la integridad general del componente y complica el mecanizado posterior.
Métodos tradicionales para mitigarlo – como refinadores químicos de grano (por ejemplo, aleaciones maestras Al-Ti-B), refrigeración mejorada y optimización del diseño de moldes. – tienen limitaciones. A menudo no consiguen una microestructura uniforme en toda la colada y pueden introducir impurezas o requerir elevados aportes de energía.

La solidificación del aluminio fundido asistida por ultrasonidos produce una mejora gradual y una distribución más homogénea de las propiedades mecánicas, así como un aumento general de la resistencia a la tracción.

Solidificación ultrasónica

• Reducción de hasta un 30% del espaciado entre brazos dendríticos (DAS) en las zonas adyacentes al alimentador.
• Aumento significativo de la dureza y la resistencia a la tracción, sobre todo en las regiones antes débiles.
• Mejora de la isotropía de las propiedades mecánicas, lo que permite diseñar paredes más delgadas sin sacrificar el rendimiento.

Sondas ultrasónicas de alto rendimiento para fundición a presión

Hielscher ofrece procesadores ultrasónicos de alto rendimiento equipados con sonotrodos cerámicos especialmente desarrollados. Las sondas cerámicas ultrasónicas de ingeniería especial son adecuadas para la sonicación continua a alta temperatura y una extensión refrigerada protege el transductor contra daños térmicos.
Estos sonotrodos son:

• Térmicamente estable por encima de 700°C
• Resistente a la cavitación, minimiza la erosión y la contaminación
• Personalizable para la integración de alimentadores o machos en moldes de fundición

 
Su diseño compacto permite su adaptación a las instalaciones de fundición a presión existentes, abriendo la puerta a un nuevo nivel de control de procesos y repetibilidad en la fundición de aluminio.

El tratamiento de solidificación por ultrasonidos con equipos industriales Hielscher posiciona este método como una potente herramienta para:

• Reducir los defectos de fundición
• Aumento de la fiabilidad mecánica
• Reducción de los costes de postprocesado

 
 
En la tabla siguiente se enumeran nuestros procesadores ultrasónicos adecuados para la fundición por gravedad:

Diseño, fabricación y consultoría – Calidad Made in Germany

Los ultrasonidos de Hielscher son conocidos por sus elevados estándares de calidad y diseño. Su robustez y fácil manejo permiten una integración sin problemas de nuestros ultrasonidos en las instalaciones industriales. Los ultrasonidos de Hielscher soportan sin problemas las condiciones más duras y los entornos más exigentes.

Hielscher Ultrasonics es una empresa con certificación ISO y pone especial énfasis en los ultrasonidos de alto rendimiento con tecnología punta y facilidad de uso. Por supuesto, los ultrasonidos de Hielscher cumplen la normativa CE y los requisitos de UL, CSA y RoHs.