Fundição injectada por gravidade – Solidificação optimizada por Sonicação

Os ultra-sons oferecem uma via escalável e eficiente em termos energéticos para otimizar a microestrutura de metais fundidos por gravidade – fazendo a ponte entre a economia de fundição e as exigências de alto desempenho. Na fundição por gravidade, o controlo da solidificação é essencial para obter componentes metálicos de elevado desempenho. A sonicação de metais fundidos durante a solidificação apresenta um método de refinamento poderoso e não químico que melhora a qualidade da fundição a nível microestrutural. A solidificação assistida por ultra-sons promove a nucleação heterogénea, perturba as estruturas dendríticas e homogeneíza a temperatura e a distribuição de soluto na massa fundida.

Solidificação de fundidos metálicos promovida por ultra-sons

O processamento ultrassónico de metais fundidos durante a solidificação apresenta um método de refinamento poderoso e não químico que melhora a qualidade da fundição a nível microestrutural. Ao introduzir vibrações ultra-sónicas de alta intensidade na massa fundida, são induzidas cavitação acústica e fluxo. Estes fenómenos promovem a nucleação heterogénea, perturbam as estruturas dendríticas e homogeneizam a temperatura e a distribuição dos solutos na massa fundida.
Como resultado, a solidificação assistida por ultra-sons conduz a uma estrutura de grão significativamente mais fina e uniforme, a uma segregação reduzida e a propriedades mecânicas melhoradas, como a força, a ductilidade e a resistência à fadiga. Particularmente na fundição sob pressão por gravidade, onde as zonas de alimentação são propensas à solidificação tardia e aos defeitos associados, a aplicação orientada de ultra-sons pode melhorar localmente a cinética de solidificação e produzir componentes estruturalmente superiores.

Desafios metalúrgicos e solidificação ultra-sónica como solução

Pesquisas recentes de Riedel et al. (2019) mostraram que a integração de ultra-sons durante a fase de solidificação da fundição de alumínio refina significativamente a estrutura do grão e melhora as propriedades mecânicas locais. Com sondas ultra-sônicas da Hielscher, que são especificamente projetadas para imersão em metal fundido, a solidificação ultra-sônica é uma solução robusta para uma melhor fundição de die.
Fundição injectada por gravidade de ligas de alumínio – particularmente AlSi7Mg0.3 (A356) – é amplamente utilizado nos sectores automóvel e aeroespacial. No entanto, as áreas próximas dos alimentadores solidificam frequentemente em último lugar, resultando em microestruturas mais grosseiras devido a taxas de arrefecimento mais lentas. Isto leva a propriedades mecânicas inferiores nestas zonas, reduzindo a integridade geral do componente e complicando a maquinação a jusante.
Métodos tradicionais para atenuar esta situação – tais como refinadores químicos de grão (por exemplo, ligas principais Al-Ti-B), arrefecimento melhorado e otimização da conceção do molde – têm limitações. Muitas vezes, não conseguem obter uma microestrutura uniforme em toda a peça fundida e podem introduzir impurezas ou exigir um elevado consumo de energia.

A solidificação assistida por ultra-sons do alumínio fundido conduz a uma melhoria gradual e a uma distribuição mais homogénea das propriedades mecânicas e a um aumento global da resistência à tração.

Solidificação por ultra-sons

• Redução de até 30% no espaçamento dos braços dendríticos (DAS) em zonas adjacentes ao alimentador.
• Aumento significativo da dureza e da resistência à tração, especialmente em regiões anteriormente fracas.
• Melhoria da isotropia das propriedades mecânicas, permitindo designs de paredes mais finas sem sacrificar o desempenho.

Sondas ultra-sónicas de elevado desempenho para fundição injectada

A Hielscher oferece processadores de ultra-sons de alto desempenho equipados com sonotrodos de cerâmica especialmente desenvolvidos. As sondas cerâmicas ultra-sónicas especialmente concebidas são adequadas para a sonicação contínua a alta temperatura e uma extensão arrefecida protege o transdutor contra danos térmicos.
Estes sonotrodos são:

• Termicamente estável acima de 700°C
• Resistente à cavitação, minimizando a erosão e a contaminação
• Personalizável para integração de alimentador ou núcleo em moldes de fundição

 
O seu design compacto permite a adaptação a configurações de fundição sob pressão existentes, abrindo a porta a um novo nível de controlo do processo e de repetibilidade na fundição de alumínio.

O tratamento de solidificação por ultra-sons com equipamento de nível industrial da Hielscher posiciona este método como uma ferramenta poderosa para:

• Reduzir os defeitos de fundição
• Aumentar a fiabilidade mecânica
• Redução dos custos de pós-processamento

 
 
A tabela abaixo lista os nossos processadores ultra-sónicos adequados para fundição por gravidade:

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.