Gravitacijsko lijevanje u kokile – optimizirano skrućivanje sonikacijom

Ultrazvuk nudi skalabilan, energetski učinkovit način optimizacije mikrostrukture gravitacijski lijevanih metala – premošćujući jaz između ekonomičnosti lijevanja i zahtjeva za visokim performansama. Pri gravitacijskom lijevanju u kokile kontrola skrućivanja ključna je za dobivanje metalnih komponenata visokih performansi. Sonikacija rastaljenih metala tijekom skrućivanja snažna je nekemijska metoda usitnjavanja zrna koja poboljšava kvalitetu odljevaka na mikrostrukturnoj razini. Ultrazvučno potpomognuto skrućivanje potiče heterogenu nukleaciju, razbija dendritne strukture te ujednačava temperaturu i raspodjelu otopljenih tvari u talini.

Ultrazvučno potaknuto skrućivanje metalnih talina

Ultrazvučna obrada rastaljenih metala tijekom skrućivanja snažna je nekemijska metoda usitnjavanja zrna koja poboljšava kvalitetu odljevaka na mikrostrukturnoj razini. Uvođenjem ultrazvučnih vibracija visokog intenziteta u talinu izazivaju se akustična kavitacija i akustično strujanje. Te pojave potiču heterogenu nukleaciju, razbijaju dendritne strukture te ujednačavaju temperaturu i raspodjelu otopljenih tvari u talini.
Kao rezultat toga, ultrazvučno potpomognuto skrućivanje dovodi do znatno sitnije i ujednačenije zrnate strukture, smanjene segregacije i poboljšanih mehaničkih svojstava kao što su čvrstoća, duktilnost i otpornost na zamor. Osobito pri gravitacijskom lijevanju u kokile, gdje su područja pojila sklona kasnom skrućivanju i povezanim greškama, ciljana primjena ultrazvuka može lokalno poboljšati kinetiku skrućivanja i omogućiti dobivanje komponenata superiorne strukture.

Metalurški izazovi i ultrazvučno skrućivanje kao rješenje

Nedavno istraživanje koje su proveli Riedel et al. (2019) pokazalo je da primjena ultrazvuka tijekom faze skrućivanja pri lijevanju aluminija znatno usitnjava zrnatu strukturu i poboljšava lokalna mehanička svojstva. Uz Hielscher ultrazvučne sonde, posebno konstruirane za uranjanje u rastaljeni metal, ultrazvučno skrućivanje robusno je rješenje za poboljšano lijevanje u metalne kalupe.
Gravitacijsko lijevanje aluminijskih legura u kokile – osobito legure AlSi7Mg0.3 (A356) – široko se primjenjuje u automobilskoj i zrakoplovno-svemirskoj industriji. Međutim, područja u blizini pojila često se skrućuju posljednja, što zbog sporijeg hlađenja rezultira grubljim mikrostrukturama. To dovodi do lošijih mehaničkih svojstava u tim područjima, smanjuje ukupnu cjelovitost komponente i otežava naknadnu strojnu obradu.
Tradicionalne metode ublažavanja tog problema – poput kemijskih sredstava za usitnjavanje zrna (npr. predlegura Al-Ti-B), intenzivnijeg hlađenja i optimizacije konstrukcije kalupa – imaju ograničenja. Često ne uspijevaju postići ujednačenu mikrostrukturu u cijelom odljevku te mogu unijeti nečistoće ili zahtijevati velik unos energije.

Ultrazvučno potpomognuto skrućivanje rastaljenog aluminija dovodi do postupnog poboljšanja i homogenije raspodjele mehaničkih svojstava te ukupnog povećanja vlačne čvrstoće.

Ultrazvučno skrućivanje

• Smanjenje razmaka između dendritnih grana (DAS) do 30% u područjima uz pojila.
• Znatno povećanje tvrdoće i vlačne čvrstoće, osobito u prethodno slabim područjima.
• Poboljšana izotropija mehaničkih svojstava, koja omogućuje konstrukcije s tanjim stijenkama bez narušavanja performansi.

Ultrazvučne sonde visokih performansi za lijevanje u metalne kalupe

Hielscher nudi ultrazvučne procesore visokih performansi opremljene posebno razvijenim keramičkim sonotrodama. Posebno konstruirane ultrazvučne keramičke sonde prikladne su za kontinuiranu sonikaciju pri visokoj temperaturi, a hlađeni produžetak štiti pretvornik od toplinskih oštećenja.
Te su sonotrode:

• Toplinski stabilne iznad 700°C
• Otporne na kavitaciju, čime se erozija i kontaminacija svode na najmanju moguću mjeru
• Prilagodljive za ugradnju u pojilo ili jezgru ljevačkog kalupa

 
Njihova kompaktna konstrukcija omogućuje naknadnu ugradnju u postojeća postrojenja za lijevanje u metalne kalupe, otvarajući put novoj razini kontrole procesa i ponovljivosti pri lijevanju aluminija.

Ultrazvučna obrada tijekom skrućivanja opremom Hielscher industrijske kvalitete čini ovu metodu snažnim alatom za:

• Smanjenje grešaka u odljevcima
• Povećanje mehaničke pouzdanosti
• Smanjenje troškova naknadne obrade

 
 
U tablici u nastavku navedeni su naši ultrazvučni procesori prikladni za gravitacijsko lijevanje u kokile:

Projektiranje, proizvodnja i savjetovanje – kvaliteta proizvedena u Njemačkoj

Hielscher ultrazvučni uređaji poznati su po najvišim standardima kvalitete i dizajna. Robusnost i jednostavno rukovanje omogućuju nesmetanu integraciju naših ultrazvučnih uređaja u industrijska postrojenja. Hielscher ultrazvučni uređaji lako se nose s teškim uvjetima i zahtjevnim okruženjima.

Hielscher Ultrasonics tvrtka je certificirana prema ISO-u i poseban naglasak stavlja na ultrazvučne uređaje visokih performansi s najsuvremenijom tehnologijom i jednostavnim rukovanjem. Naravno, Hielscher ultrazvučni uređaji sukladni su zahtjevima za oznaku CE i ispunjavaju zahtjeve UL, CSA i RoHs.