Մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլում – ուլտրաձայնային մշակմամբ օպտիմալացված պնդացում
Ուլտրաձայնը ինքնահոս ձուլված մետաղների միկրոկառուցվածքի օպտիմալացման՝ դեպի ավելի մեծ մասշտաբներ ընդլայնելի և էներգաարդյունավետ ուղի է առաջարկում՝ կապելով ձուլման տնտեսական արդյունավետությունը բարձր շահագործական ցուցանիշների պահանջների հետ։ Մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլման ժամանակ պնդացման վերահսկումը էական նշանակություն ունի բարձր շահագործական ցուցանիշներով մետաղական բաղադրամասեր ստանալու համար։ Հալված մետաղների ուլտրաձայնային մշակումը պնդացման ընթացքում կառուցվածքի մանրացման հզոր, ոչ քիմիական մեթոդ է, որը բարելավում է ձուլվածքի որակը միկրոկառուցվածքային մակարդակում։ Ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պնդացումը նպաստում է տարասեռ սաղմնագոյացմանը, քայքայում է դենդրիտային կառուցվածքները և համասեռացնում հալույթում ջերմաստիճանի ու լուծված նյութերի բաշխումը։
Մետաղական հալույթների՝ ուլտրաձայնով խթանվող պնդացում
Հալված մետաղների ուլտրաձայնային մշակումը պնդացման ընթացքում կառուցվածքի մանրացման հզոր, ոչ քիմիական մեթոդ է, որը բարելավում է ձուլվածքի որակը միկրոկառուցվածքային մակարդակում։ Հալույթի մեջ բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային տատանումներ ներմուծելով՝ առաջացնում են ակուստիկ կավիտացիա և հոսքեր։ Այս երևույթները նպաստում են տարասեռ սաղմնագոյացմանը, քայքայում են դենդրիտային կառուցվածքները և համասեռացնում հալույթում ջերմաստիճանի ու լուծված նյութերի բաշխումը։
Արդյունքում ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պնդացումը հանգեցնում է զգալիորեն ավելի մանր և համաչափ հատիկային կառուցվածքի, լիկվացիայի նվազման և այնպիսի մեխանիկական հատկությունների բարելավման, ինչպիսիք են ամրությունը, պլաստիկությունը և հոգնածային դիմադրությունը։ Հատկապես մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլման ժամանակ, երբ սնուցիչների գոտիները հակված են ուշ պնդացման և դրա հետ կապված արատների առաջացման, ուլտրաձայնի նպատակային կիրառումը կարող է տեղային մակարդակում արագացնել պնդացման կինետիկան և ապահովել կառուցվածքային առումով ավելի բարձր որակի բաղադրամասեր։
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը բարելավում են հալված մետաղների պնդացումը մետաղակաղապարային ձուլման ժամանակ
Մետալուրգիական խնդիրները և ուլտրաձայնային պնդացումը՝ որպես լուծում
Riedel և համահեղինակների (2019) վերջին հետազոտությունը ցույց է տվել, որ ալյումինի ձուլման պնդացման փուլում ուլտրաձայնի կիրառումը զգալիորեն մանրացնում է հատիկային կառուցվածքը և բարելավում տեղային մեխանիկական հատկությունները։ Հալված մետաղի մեջ ընկղմելու համար հատուկ նախագծված Hielscher ուլտրաձայնային զոնդերի շնորհիվ ուլտրաձայնային պնդացումը հուսալի լուծում է մետաղակաղապարային ձուլումը բարելավելու համար։
Ալյումինային համաձուլվածքների՝ մասնավորապես AlSi7Mg0.3 (A356) համաձուլվածքի մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլումը լայնորեն կիրառվում է ավտոմոբիլային և օդատիեզերական ոլորտներում։ Սակայն սնուցիչների մոտ գտնվող հատվածները հաճախ պնդանում են վերջին հերթին, ինչի հետևանքով ավելի դանդաղ սառեցման պատճառով առաջանում են ավելի խոշոր միկրոկառուցվածքներ։ Սա հանգեցնում է այդ գոտիներում ավելի վատ մեխանիկական հատկությունների՝ նվազեցնելով բաղադրամասի ընդհանուր ամբողջականությունը և բարդացնելով հետագա մեխանիկական մշակումը։
Այս խնդիրը մեղմելու ավանդական մեթոդները՝ օրինակ հատիկը մանրացնող քիմիական հավելումները (օրինակ՝ Al-Ti-B լիգատուրաները), ուժեղացված սառեցումը և կաղապարի կառուցվածքի օպտիմալացումը, սահմանափակումներ ունեն։ Դրանք հաճախ չեն ապահովում համաչափ միկրոկառուցվածք ձուլվածքի ամբողջ ծավալում և կարող են ներմուծել խառնուկներ կամ պահանջել էներգիայի մեծ ծախս։
Հալված ալյումինի՝ ուլտրաձայնի օժանդակությամբ պնդացումը հանգեցնում է մեխանիկական հատկությունների աստիճանական բարելավման և ավելի համասեռ բաշխման, ինչպես նաև ձգման ամրության ընդհանուր բարձրացման։
Ուլտրաձայնային պնդացում
- Դենդրիտային ճյուղերի միջև հեռավորության (DAS) մինչև 30% նվազում սնուցիչներին հարակից գոտիներում։
- Կարծրության և ձգման ամրության զգալի բարձրացում՝ հատկապես նախկինում թույլ հատվածներում։
- Մեխանիկական հատկությունների իզոտրոպության բարելավում, որը հնարավորություն է տալիս նախագծել ավելի բարակ պատեր՝ առանց շահագործական ցուցանիշները վատթարացնելու։
Hielscher ուլտրաձայնային զոնդ՝ հեղուկ ալյումինի մշակման համար
Բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային զոնդեր՝ մետաղակաղապարային ձուլման համար
Hielscher ընկերությունն առաջարկում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային պրոցեսորներ՝ հագեցած հատուկ մշակված կերամիկական սոնոտրոդներով։ Հատուկ նախագծված ուլտրաձայնային կերամիկական զոնդերը հարմար են բարձր ջերմաստիճանում շարունակական ուլտրաձայնային մշակման համար, իսկ սառեցվող երկարացուցիչը փոխակերպիչը պաշտպանում է ջերմային վնասումներից։
Այս սոնոտրոդները՝
- Ջերմակայուն են 700°C-ից բարձր ջերմաստիճաններում
- Դիմացկուն են կավիտացիայի նկատմամբ՝ նվազագույնի հասցնելով էրոզիան և աղտոտումը
- Կարող են հարմարեցվել ձուլման կաղապարների սնուցիչների կամ միջուկների մեջ ինտեգրվելու համար
Դրանց կոմպակտ կառուցվածքը թույլ է տալիս տեղադրել դրանք մետաղակաղապարային ձուլման առկա կայանքներում՝ ալյումինի ձուլման գործընթացի վերահսկումը և կրկնելիությունը հասցնելով նոր մակարդակի։
Արդյունաբերական դասի Hielscher սարքավորումներով պնդացման ուլտրաձայնային մշակումը այս մեթոդը դարձնում է հզոր գործիք հետևյալի համար՝
- Ձուլման արատների նվազեցում
- Մեխանիկական հուսալիության բարձրացում
- Հետագա մշակման ծախսերի նվազեցում
Ստորև բերված աղյուսակում ներկայացված են մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլման համար հարմար մեր ուլտրաձայնային պրոցեսորները՝
| Ուլտրաձայնային սարքի մոդել | Անվանական հզորություն | Ուլտրաձայնի հաճախականություն |
|---|---|---|
| UIP1000hdT | 10 000 վատտ | 20 կիլոհերց |
| UIP1500hdT | 1500 վատտ | 20 կիլոհերց |
| UIP2000hdT | 2000 վատտ | 20 կիլոհերց |
| UIP4000hdT | 4000 վատտ | 20 կիլոհերց |
Նախագծում, արտադրություն և խորհրդատվություն – գերմանական արտադրության որակ
Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հայտնի են իրենց որակի և նախագծման ամենաբարձր չափանիշներով։ Ամրակառույց լինելը և շահագործման պարզությունը թույլ են տալիս մեր ուլտրաձայնային սարքերը սահուն ինտեգրել արդյունաբերական արտադրամասերում։ Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը հեշտությամբ հաղթահարում են ծանր պայմաններն ու պահանջկոտ միջավայրերի դժվարությունները։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն ունի ISO հավաստագրում և հատուկ ուշադրություն է դարձնում բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային սարքերին, որոնք առանձնանում են գերժամանակակից տեխնոլոգիաներով և օգտագործման հարմարավետությամբ։ Իհարկե, Hielscher ուլտրաձայնային սարքերը համապատասխանում են CE պահանջներին և բավարարում են UL, CSA և RoHs պահանջները։
Ուլտրաձայնային կայանք՝ UIP1000hdT ուլտրաձայնային սարք ՝ մետաղական հալույթների պնդացումը բարելավելու համար
հետազոտություն և պատկեր՝ ©Riedel et al. 2019
Գրականություն / Հղումներ
- E. Riedel, I. Horn, N. Stein, H. Stein, R. Bähr, S. Scharf (2019): Ultrasonic treatment: a clean technology that supports sustainability in casting processes. Procedia CIRP, Volume 80, 2019. 101-107.
- E. Riedel, P. Köhler, M. Ahmed, B. Hellmann, I. Horn, S. Scharf (2021): Industrial suitable and digitally recordable application of ultrasound for the enviromentally friendly degassing of aluminium melts before tilt casting. Procedia CIRP, Volume 98, 2021. 589-594.
- Riedel, Eric (2020): Numerisch gestützte Untersuchung einer erstarrungsbegleitenden Ultraschallbehandlung der Legierung AlSi7Mg0,3. PhDThesis Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau 2020.
- Ruirun, C. et al. (2017): Effects of ultrasonic vibration on the microstructure and mechanical properties of high alloying TiAl. Sci. Rep. 7, 2017.
Հաճախ տրվող հարցեր
Ի՞նչ է մետաղակաղապարային ձուլումը։
Մետաղակաղապարային ձուլումը մետաղի ձևավորման գործընթաց է, որի ժամանակ հալված մետաղը ներարկվում կամ լցվում է պողպատից պատրաստված կաղապարի մեջ՝ սովորաբար ծանրության ուժի կամ բարձր ճնշման ազդեցությամբ։ Մետաղակաղապարային ինքնահոս ձուլման ժամանակ հալույթը կաղապարի խոռոչ է հոսում միայն ծանրության ուժի ազդեցությամբ։ Այս գործընթացը հնարավորություն է տալիս արտադրել վերջնական ձևին մոտ բաղադրամասեր՝ չափերի բարձր ճշտությամբ, մակերևույթի լավ որակով և կայուն մեխանիկական հատկություններով, հատկապես գունավոր համաձուլվածքներից, օրինակ՝ ալյումինային համաձուլվածքներից։
Ինչի՞ համար է օգտագործվում ալյումինի հալույթը։
Ալյումինի հալույթը ալյումինային համաձուլվածքն է հեղուկ վիճակում՝ սովորաբար ~660 °C-ից բարձր ջերմաստիճաններում (մաքուր ալյումինի դեպքում) կամ ավելի բարձր՝ համաձուլվածքների դեպքում։ Ձուլման մեջ ալյումինի հալույթներն օգտագործվում են այնպիսի բաղադրամասեր արտադրելու համար, որոնք պահանջում են ցածր խտության, կոռոզիակայունության, ջերմահաղորդականության և մեխանիկական ամրության բարենպաստ համադրություն։ Տարածված կիրառություններից են ավտոմոբիլային մասերը (օրինակ՝ շարժիչի բլոկները, անիվները), օդատիեզերական կառուցվածքները, ինչպես նաև մեքենաների ու սպառողական ապրանքների կառուցվածքային բաղադրամասերը։
Ի՞նչ են դենդրիտները։
Դենդրիտները ծառանման բյուրեղային կառուցվածքներ են, որոնք ձևավորվում են մետաղական համաձուլվածքների պնդացման ընթացքում։ Դրանք առաջանում են սաղմնագոյացման սկզբնական կենտրոններից և աճում դեպի հալույթը՝ նախընտրելի բյուրեղագիտական ուղղություններով։ Դենդրիտների ձևաբանության վրա ազդում են ջերմային գրադիենտը և պնդացման արագությունը։ Խոշոր դենդրիտային կառուցվածքները սովորաբար կապված են վատ մեխանիկական հատկությունների հետ և, հետևաբար, անցանկալի են բարձր շահագործական ցուցանիշներով ձուլվածքներում։ Հատիկի մանրացման մեթոդները, օրինակ՝ ուլտրաձայնային մշակումը, նպատակ ունեն ճնշելու դենդրիտների չափազանց մեծ աճը։
Ի՞նչ է նշանակում պնդացում։
Պնդացումը փուլային անցում է, որի ժամանակ հեղուկ մետաղը վերածվում է պինդ մարմնի՝ սառչելով իր լիկվիդուսի ջերմաստիճանից ցածր։ Այս գործընթացի ընթացքում ատոմները դասավորվում են բյուրեղային ցանցում՝ ձևավորելով հատիկներ։ Պնդացման կինետիկան և թերմոդինամիկան որոշում են ստացվող միկրոկառուցվածքը՝ հատիկների չափը, ձևաբանությունը և լիկվացիան, որոնք իրենց հերթին որոշում են վերջնական ձուլվածքի մեխանիկական ու ֆիզիկական հատկությունները։ Վերահսկվող պնդացումը վճռորոշ նշանակություն ունի ձուլված նյութերում արատները նվազագույնի հասցնելու և միկրոկառուցվածքն օպտիմալացնելու համար։
Hielscher Ultrasonics ընկերությունն արտադրում է բարձր արտադրողականությամբ ուլտրաձայնային հոմոգենիզատորներ՝ լաբորատոր չափերից մինչև արդյունաբերական չափեր։