Fundição em coquilha por gravidade – Solidificação otimizada por sonicação

Os ultrassons oferecem uma via escalável e energeticamente eficiente para otimizar a microestrutura dos metais fundidos por gravidade – conciliando a economia da fundição com as exigências de elevado desempenho. Na fundição em coquilha por gravidade, o controlo da solidificação é essencial para obter componentes metálicos de elevado desempenho. A sonicação de metais fundidos durante a solidificação constitui um poderoso método de refinamento não químico que melhora a qualidade das peças fundidas ao nível microestrutural. A solidificação assistida por ultrassons promove a nucleação heterogénea, rompe as estruturas dendríticas e homogeneíza a temperatura e a distribuição de solutos no metal fundido.

Solidificação de metais fundidos promovida por ultrassons

O processamento ultrassónico de metais fundidos durante a solidificação constitui um poderoso método de refinamento não químico que melhora a qualidade das peças fundidas ao nível microestrutural. A introdução de vibrações ultrassónicas de alta intensidade no metal fundido induz cavitação acústica e escoamento acústico. Estes fenómenos promovem a nucleação heterogénea, rompem as estruturas dendríticas e homogeneízam a temperatura e a distribuição de solutos no metal fundido.
Como resultado, a solidificação assistida por ultrassons conduz a uma estrutura de grão significativamente mais fina e uniforme, a uma menor segregação e a melhores propriedades mecânicas, como a resistência, a ductilidade e a resistência à fadiga. Particularmente na fundição em coquilha por gravidade, em que as zonas dos massalotes são propensas à solidificação tardia e aos defeitos associados, a aplicação direcionada de ultrassons pode melhorar localmente a cinética de solidificação e produzir componentes estruturalmente superiores.

Desafios metalúrgicos e solidificação ultrassónica como solução

Investigação recente de Riedel et al. (2019) demonstrou que a integração de ultrassons durante a fase de solidificação na fundição de alumínio refina significativamente a estrutura de grão e melhora as propriedades mecânicas locais. Com as sondas ultrassónicas da Hielscher, especificamente concebidas para imersão em metal fundido, a solidificação ultrassónica constitui uma solução robusta para melhorar a fundição em molde metálico.
A fundição em coquilha por gravidade de ligas de alumínio – particularmente AlSi7Mg0.3 (A356) – é amplamente utilizada nos setores automóvel e aeroespacial. Contudo, as zonas próximas dos massalotes são frequentemente as últimas a solidificar, originando microestruturas mais grosseiras devido a velocidades de arrefecimento mais lentas. Isto conduz a propriedades mecânicas inferiores nestas zonas, reduzindo a integridade global do componente e dificultando a maquinagem subsequente.
Os métodos tradicionais para atenuar este problema – como os refinadores químicos de grão (por exemplo, ligas-mãe Al-Ti-B), o arrefecimento intensificado e a otimização da conceção do molde – apresentam limitações. Frequentemente, não conseguem obter uma microestrutura uniforme em toda a peça fundida e podem introduzir impurezas ou exigir elevados consumos de energia.

A solidificação assistida por ultrassons do alumínio fundido conduz a uma melhoria gradual e a uma distribuição mais homogénea das propriedades mecânicas, bem como a um aumento global da resistência à tração.

Solidificação ultrassónica

• Redução de até 30% no espaçamento entre braços dendríticos (DAS) nas zonas adjacentes aos massalotes.
• Aumento significativo da dureza e da resistência à tração, particularmente nas regiões anteriormente frágeis.
• Melhoria da isotropia das propriedades mecânicas, permitindo conceber paredes mais finas sem sacrificar o desempenho.

Sondas ultrassónicas de elevado desempenho para fundição em molde metálico

A Hielscher oferece processadores ultrassónicos de elevado desempenho equipados com sonotrodos cerâmicos especialmente desenvolvidos. As sondas ultrassónicas cerâmicas especialmente concebidas são adequadas para sonicação contínua a alta temperatura, e uma extensão arrefecida protege o transdutor contra danos térmicos.
Estes sonotrodos são:

• Termicamente estáveis acima de 700°C
• Resistentes à cavitação, minimizando a erosão e a contaminação
• Personalizáveis para integração no massalote ou no macho dos moldes de fundição

 
A sua conceção compacta permite a instalação em sistemas existentes de fundição em molde metálico, abrindo caminho a um novo nível de controlo do processo e de repetibilidade na fundição de alumínio.

O tratamento de solidificação ultrassónica com equipamentos Hielscher de qualidade industrial posiciona este método como uma ferramenta poderosa para:

• Reduzir os defeitos de fundição
• Melhorar a fiabilidade mecânica
• Reduzir os custos de pós-processamento

 
 
A tabela abaixo apresenta os nossos processadores ultrassónicos adequados para fundição em coquilha por gravidade:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os sonicadores Hielscher são reconhecidos pelos seus padrões de qualidade e de conceção do mais elevado nível. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração simples dos nossos sonicadores em instalações industriais. Os sonicadores Hielscher suportam facilmente condições adversas e ambientes exigentes.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa com certificação ISO e dá especial ênfase a sonicadores de elevado desempenho que incorporam tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os sonicadores Hielscher cumprem as normas CE e satisfazem os requisitos de UL, CSA e RoHs.