Gravitācijas kokilliešana – optimizēta sacietēšana, izmantojot apstrādi ar ultraskaņu

Ultraskaņa piedāvā mērogojamu, energoefektīvu veidu, kā optimizēt gravitācijas liešanā iegūto metālu mikrostruktūru, saskaņojot liešanas ekonomiskumu ar augstām veiktspējas prasībām. Gravitācijas kokilliešanā sacietēšanas kontrole ir būtiska, lai iegūtu augstas veiktspējas metāla detaļas. Izkausētu metālu apstrāde ar ultraskaņu sacietēšanas laikā ir efektīva, neķīmiska struktūras smalcināšanas metode, kas uzlabo lējumu kvalitāti mikrostruktūras līmenī. Sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību veicina heterogēno kristalizācijas centru veidošanos, izjauc dendrītiskās struktūras un izlīdzina temperatūras un izšķīdušo vielu sadalījumu kausējumā.

Ar ultraskaņu veicināta metālu kausējumu sacietēšana

Izkausētu metālu apstrāde ar ultraskaņu sacietēšanas laikā ir efektīva, neķīmiska struktūras smalcināšanas metode, kas uzlabo lējumu kvalitāti mikrostruktūras līmenī. Ievadot kausējumā augstas intensitātes ultraskaņas svārstības, tiek izraisīta akustiskā kavitācija un akustiskā plūsma. Šīs parādības veicina heterogēno kristalizācijas centru veidošanos, izjauc dendrītiskās struktūras un izlīdzina temperatūras un izšķīdušo vielu sadalījumu kausējumā.
Tādējādi sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību nodrošina ievērojami smalkāku un vienmērīgāku graudu struktūru, mazāku segregāciju un uzlabotas mehāniskās īpašības, piemēram, izturību, plastiskumu un nogurumizturību. Īpaši gravitācijas kokilliešanā, kur barotāju zonām ir raksturīga vēlāka sacietēšana un ar to saistīti defekti, mērķtiecīga ultraskaņas izmantošana var lokāli uzlabot sacietēšanas kinētiku un ļaut iegūt detaļas ar labāku struktūru.

Metalurģiskie izaicinājumi un sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību kā risinājums

Nesenie Riedel et al. (2019) pētījumi parādīja, ka ultraskaņas integrēšana alumīnija liešanas sacietēšanas posmā ievērojami smalcina graudu struktūru un uzlabo lokālās mehāniskās īpašības. Izmantojot Hielscher ultraskaņas zondes, kas ir īpaši izstrādātas iegremdēšanai izkausētā metālā, sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību ir uzticams risinājums kokilliešanas uzlabošanai.
Alumīnija sakausējumu – īpaši AlSi7Mg0.3 (A356) – gravitācijas kokilliešanu plaši izmanto autobūves, aviācijas un kosmiskās rūpniecības nozarēs. Tomēr apgabali barotāju tuvumā bieži sacietē pēdējie, un lēnākas dzesēšanas dēļ tajos veidojas rupjāka mikrostruktūra. Tas pasliktina mehāniskās īpašības šajās zonās, samazinot detaļas kopējo strukturālo integritāti un apgrūtinot turpmāko mehānisko apstrādi.
Tradicionālajām metodēm šīs problēmas mazināšanai – piemēram, ķīmisku graudu smalcinātāju (piemēram, Al-Ti-B ligatūru) izmantošanai, intensīvākai dzesēšanai un liešanas formas konstrukcijas optimizācijai – ir ierobežojumi. Tās bieži nenodrošina vienmērīgu mikrostruktūru visā lējumā un var ieviest piemaisījumus vai prasīt lielu enerģijas patēriņu.

Izkausēta alumīnija sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību pakāpeniski uzlabo mehāniskās īpašības, nodrošina to viendabīgāku sadalījumu un kopumā palielina stiepes izturību.

Sacietēšana ar ultraskaņas palīdzību

• Attāluma starp dendrītu zariem (DAS) samazinājums līdz 30% zonās blakus barotājiem.
• Ievērojams cietības un stiepes izturības pieaugums, īpaši iepriekš vājajos apgabalos.
• Uzlabota mehānisko īpašību izotropija, kas ļauj projektēt plānākas sienas, nesamazinot veiktspēju.

Augstas veiktspējas ultraskaņas zondes kokilliešanai

Hielscher piedāvā augstas veiktspējas ultraskaņas procesorus, kas aprīkoti ar īpaši izstrādātām keramikas sonotrodēm. Īpaši konstruētās keramikas ultraskaņas zondes ir piemērotas nepārtrauktai apstrādei ar ultraskaņu augstā temperatūrā, un dzesējams pagarinājums aizsargā pārveidotāju pret termiskiem bojājumiem.
Šīs sonotrodes ir:

• Termiski stabilas temperatūrā virs 700°C
• Izturīgas pret kavitāciju, līdz minimumam samazinot eroziju un piesārņojumu
• Pielāgojamas integrēšanai liešanas formu barotājos vai serdeņos

 
To kompaktā konstrukcija ļauj tās uzstādīt esošajās kokilliešanas iekārtās, paverot iespēju sasniegt jaunu procesa kontroles un atkārtojamības līmeni alumīnija liešanā.

Sacietēšanas apstrāde ar ultraskaņu, izmantojot Hielscher rūpnieciskās klases aprīkojumu, padara šo metodi par efektīvu līdzekli, lai:

• Samazinātu lējumu defektus
• Uzlabotu mehānisko uzticamību
• Samazinātu pēcapstrādes izmaksas

 
 
Tālāk redzamajā tabulā ir uzskaitīti mūsu ultraskaņas procesori, kas piemēroti gravitācijas kokilliešanai:

Projektēšana, ražošana un konsultācijas – Vācijā radīta kvalitāte

Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces ir labi pazīstamas ar visaugstākajiem kvalitātes un konstrukcijas standartiem. Izturība un vienkārša lietošana ļauj mūsu ultraskaņas apstrādes ierīces netraucēti integrēt rūpnieciskajās ražotnēs. Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces viegli tiek galā ar skarbiem apstākļiem un prasīgu darba vidi.

Hielscher Ultrasonics ir ISO sertificēts uzņēmums, kas īpašu uzmanību pievērš augstas veiktspējas ultraskaņas apstrādes ierīcēm ar vismodernākajām tehnoloģijām un lietotājam draudzīgu darbību. Protams, Hielscher ultraskaņas apstrādes ierīces atbilst CE prasībām un izpilda UL, CSA un RoHs prasības.