Gravitációs kokillaöntés – Optimalizált megszilárdulás ultrahangos kezeléssel

Az ultrahang skálázható, energiahatékony megoldást kínál a gravitációsan öntött fémek mikroszerkezetének optimalizálására – áthidalva az öntés gazdaságossága és a nagy teljesítménnyel szemben támasztott követelmények közötti szakadékot. A gravitációs kokillaöntésben a megszilárdulás szabályozása elengedhetetlen a nagy teljesítményű fémalkatrészek előállításához. A fémolvadékok megszilárdulás közbeni ultrahangos kezelése hatékony, vegyszermentes szerkezetfinomítási módszer, amely mikroszerkezeti szinten javítja az öntvény minőségét. Az ultrahanggal segített megszilárdulás elősegíti a heterogén csíraképződést, megbontja a dendrites szerkezeteket, és egyenletessé teszi a hőmérsékletet és az oldott anyagok eloszlását az olvadékban.

Fémolvadékok ultrahanggal elősegített megszilárdulása

A fémolvadékok megszilárdulás közbeni ultrahangos feldolgozása hatékony, vegyszermentes szerkezetfinomítási módszer, amely mikroszerkezeti szinten javítja az öntvény minőségét. Nagy intenzitású ultrahangos rezgések olvadékba juttatásával akusztikus kavitáció és áramlás idézhető elő. Ezek a jelenségek elősegítik a heterogén csíraképződést, megbontják a dendrites szerkezeteket, és egyenletessé teszik a hőmérsékletet és az oldott anyagok eloszlását az olvadékban.
Ennek eredményeként az ultrahanggal segített megszilárdulás jelentősen finomabb és egyenletesebb szemcseszerkezetet, kisebb szegregációt és jobb mechanikai tulajdonságokat, például nagyobb szilárdságot, képlékenységet és kifáradással szembeni ellenállást eredményez. Különösen a gravitációs kokillaöntésben, ahol a táplálózónák hajlamosak a késői megszilárdulásra és az ezzel összefüggő hibákra, az ultrahang célzott alkalmazása helyileg javíthatja a megszilárdulás kinetikáját, és szerkezetileg jobb alkatrészeket eredményezhet.

Kohászati kihívások és az ultrahangos megszilárdulás mint megoldás

Riedel és munkatársai (2019) újabb kutatásai kimutatták, hogy az ultrahang alkalmazása az alumíniumöntés megszilárdulási szakaszában jelentősen finomítja a szemcseszerkezetet és javítja a helyi mechanikai tulajdonságokat. A Hielscher kifejezetten fémolvadékba merítésre tervezett ultrahangos szondáival az ultrahangos megszilárdulás megbízható megoldást kínál a fémformába öntés javítására.
Az alumíniumötvözetek – különösen az AlSi7Mg0.3 (A356) – gravitációs kokillaöntését széles körben alkalmazzák az autóiparban, valamint a repülőgép- és űriparban. A táplálófejek közelében lévő területek azonban gyakran utoljára szilárdulnak meg, ami a lassabb hűlési sebesség miatt durvább mikroszerkezetet eredményez. Ez ezekben a zónákban rosszabb mechanikai tulajdonságokhoz vezet, csökkentve az alkatrész egészének szerkezeti épségét és megnehezítve a későbbi forgácsolást.
Az ennek mérséklésére alkalmazott hagyományos módszereknek – például a kémiai szemcsefinomítóknak (pl. Al-Ti-B mesterötvözetek), a fokozott hűtésnek és az öntőforma kialakítása optimalizálásának – megvannak a korlátaik. Gyakran nem biztosítanak egyenletes mikroszerkezetet az öntvény teljes térfogatában, és szennyeződéseket vihetnek be vagy nagy energiabevitelt igényelhetnek.

Az alumíniumolvadék ultrahanggal segített megszilárdulása a mechanikai tulajdonságok fokozatos javulásához és homogénebb eloszlásához, valamint a szakítószilárdság általános növekedéséhez vezet.

Ultrahangos megszilárdulás

• A dendritkarok közötti távolság (DAS) akár 30%-os csökkenése a táplálófejek melletti zónákban.
• A keménység és a szakítószilárdság jelentős növekedése, különösen a korábban gyenge területeken.
• A mechanikai tulajdonságok jobb izotrópiája, amely vékonyabb falú kialakításokat tesz lehetővé a teljesítmény csökkenése nélkül.

Nagy teljesítményű ultrahangos szondák fémformába öntéshez

A Hielscher speciálisan kifejlesztett kerámia szonotródákkal felszerelt, nagy teljesítményű ultrahangos feldolgozóberendezéseket kínál. A különleges kialakítású ultrahangos kerámiaszondák alkalmasak a magas hőmérsékleten végzett folyamatos ultrahangos kezelésre, és egy hűtött hosszabbító védi az ultrahang-átalakítót a hőkárosodástól.
Ezek a szonotródák:

• 700°C felett is hőstabilak
• Ellenállnak a kavitációnak, minimalizálva az eróziót és a szennyeződést
• Testre szabhatók az öntőformák táplálófejeibe vagy magjaiba történő beépítéshez

 
Kompakt kialakításuk lehetővé teszi a meglévő fémformába öntő berendezésekbe történő utólagos beépítést, új szintet nyitva a folyamatszabályozás és az ismételhetőség terén az alumíniumöntésben.

A Hielscher ipari berendezéseivel végzett, megszilárdulás közbeni ultrahangos kezelés hatékony eszközzé teszi ezt a módszert a következő célokra:

• Az öntési hibák csökkentése
• A mechanikai megbízhatóság növelése
• Az utófeldolgozási költségek csökkentése

 
 
Az alábbi táblázat a gravitációs kokillaöntéshez alkalmas ultrahangos feldolgozóberendezéseinket sorolja fel:

Tervezés, gyártás és tanácsadás – Németországban készült minőség

A Hielscher ultrahangos készülékei a legmagasabb minőségi és tervezési színvonalukról ismertek. Robusztusságuk és egyszerű kezelésük lehetővé teszi ultrahangos készülékeink zökkenőmentes integrálását az ipari létesítményekbe. A Hielscher ultrahangos készülékei könnyedén megbirkóznak a zord körülményekkel és a nagy igénybevételt jelentő környezetekkel.

A Hielscher Ultrasonics ISO-tanúsítvánnyal rendelkező vállalat, amely különös hangsúlyt fektet a legkorszerűbb technológiával és felhasználóbarát működéssel rendelkező, nagy teljesítményű ultrahangos készülékekre. A Hielscher ultrahangos készülékei természetesen megfelelnek a CE előírásainak, valamint teljesítik az UL, a CSA és a RoHs követelményeit.