Refinamento ultra-sônico de metal fundidos
- ultra-som de energia em metais fundidos e ligas mostra vários efeitos benéficos, tais como estruturação, de desgaseificação, e uma melhor filtração.
- Ultrasonication promove a solidificação não-dendrítica em metais líquidos e semissólidos.
- Sonicação tem benefícios significativos sobre o refinamento microestrutural de grãos dendríticas e partículas intermetálicas primárias.
- Além disso, o ultra-som de energia pode ser utilizada propositadamente para reduzir a porosidade de metal ou para produzir estruturas de meso-porosas.
- Por último, mas não menos importante, o ultra-som de potência melhora a qualidade das peças fundidas.
Solidificação ultra-sônica de metais
A formação de estruturas não-dendríticas durante a solidificação de metais derrete influencia as propriedades do material tais como a resistência, ductilidade, dureza, e / ou dureza.
Ultrassonicamente alterada a nucleação dos grãos: cavitação acústica e suas intensas forças de cisalhamento aumentam os locais de nucleação, o número de núcleos no fundido. tratamento de ultra-sons (UST) dos fundidos resultar em uma nucleação heterogénea e a fragmentação dos dendritos, de modo que o produto final mostra um refinamento de grão significativamente higer.
Cavitação ultra-sónica faz com que o mesmo molhante de impurezas não metálicas no estado fundido. Essas impurezas transformar em locais de nucleação, que são os pontos de partida de solidificação. Porque esses pontos de nucleação estão à frente da frente de solidificação, o crescimento de estruturas dendríticas não ocorre.
Macroestrutura da liga de Ti após tratamento ultra-sônico. Ultrasonication resulta em uma estrutura de grãos significativamente refinada.
Dr. Andreeva-Bäumler, Universidade de Bayreuth, está trabalhando com o ultrasonicator UIP1000hdT em nano-estruturação de metais.
Efeitos ultra-sônicos na dureza da liga Vicker: Ultrasonication melhora a microdureza Vickers no metal
(estudo e gráfico: ©Ruirun et al., 2017)
Dendrite fragmentação: A fusão de dendritos geralmente começa na raiz devido à subida da temperatura local e segregação. UST gera convecção forte (movimento de transferência de calor por massa de um fluido) e ondas de choque na massa fundida, de modo que os dendritos são fragmentados. Convecção pode promover a fragmentação dendrite devido a temperaturas extremas locais, bem como alterações na composição e promove a difusão de soluto. As ondas de choque cavitação auxiliar a ruptura daquelas raízes de fusão.
Ultrasonic desgaseificação de ligas metálicas
Desgaseificação é outro efeito importante de ultra-sons de energia sobre os metais líquidos e semi-sólidos e suas ligas. A cavitação acústica cria ciclos alternados de baixa pressão / alta pressão. Durante os ciclos de baixa pressão, pequenas bolhas de vácuo ocorrer no líquido ou lama. Estas bolhas de vácuo agir como núcleos para a formação de bolhas de hidrogénio e de vapor. Devido à formação de bolhas de hidrogénio de maior dimensão, as bolhas de gás sobem. fluxo acústico e streaming de auxiliar a flutuação destas bolhas à superfície e para fora do fundido, de modo que o gás pode ser removido e a concentração de gás no produto fundido é reduzido.
desgaseificação ultra-sons reduz a porosidade do metal conseguindo-se assim um material de densidade mais elevada no produto final de metal / liga.
desgaseificação de ultra-sons de ligas de alumínio aumentar a resistência à tracção e a ductilidade do material. sistemas de ultrassom potência industrial contam como o melhor entre outros métodos de desgaseificação comerciais sobre a eficácia e tempo de processamento. Além disso, o processo de enchimento do molde é melhorada devido a uma menor viscosidade do fundido.
Propriedades compressivas de Ti44Al6Nb1Cr2V sob vários tempos de sonicação. A sonicação melhora significativamente a resistência à compressão.
(estudo e gráfico: ©Ruirun et al., 2017)
O sonotrodo cerâmico BS4D22L3C é um sonotrodo especial adequado para sonicar líquidos de alta temperatura, como alumínio fundido (por exemplo, para mistura e desgaseificação).
Sonocapillary Efeito durante a filtração
O efeito de capilaridade de ultra-sons (UCE) em metais líquidos é o efeito de condução para remover inclusões de óxido durante a filtração ultrassonicamente assistida dos fundidos. (Eskin et al 2014:. 120ff).
A filtração é usada para remover as impurezas não-metálicos a partir do fundido. Durante a filtração, o produto fundido passa várias malhas (por exemplo fibra de vidro) para separar as inclusões indesejadas. Quanto menor for o tamanho da malha, o melhor é o resultado da filtragem.
Sob condições comuns, a massa fundida não pode passar por um filtro de duas camadas com um tamanho de poro muito estreita de 0,4-0,4mm. No entanto, sob filtração ultrassonicamente assistida a massa fundida é activado para passar os poros da malha devido ao efeito sonocapillary. Neste caso, os capilares filtrantes manter até mesmo as impurezas não-metálicos de 1-10μm. Devido à pureza melhorada do liga, a formação de poros de hidrogénio nos óxidos é evitada, de modo que a resistência à fadiga da liga é aumentado.
Eskin et al. (2014:. 120ff) mostrou que a filtração de ultra-sons torna possível purificar a ligas de alumínio AA2024, AA7055, AA7075 e usando filtros de fibra de vidro multi-camadas (com até 9 camadas) com 0,6×00,6 milímetros de malha poros. Quando o processo de filtração de ultra-sons é combinado com a adição dos inoculantes, um refinamento de grão simultânea é conseguido.
Reforço ultra-sônico de ligas metálicas
Ultra-som é provado ser altamente eficaz na dispersão de partículas nano uniformemente em lamas. Portanto, dispersores de ultra-som são o equipamento mais comum para produzir compósitos reforçados por nano.
nano partículas (por exemplo, Al2O3/ SiC, nanotubos de carbono) são usadas como material de reforço. As nanopartículas são adicionados à liga fundida e dispersa por ultra-sons. A cavitação acústico e streaming melhora a molhabilidade e a desaglomeração das partículas, resultando em uma resistência à tracção melhorada, rendimento de força e alongamento.
Equipamento ultra-som para aplicações pesadas
A aplicação do ultrassom de potência na metalurgia requer sistemas ultrassônicos robustos e confiáveis, que podem ser instalados em ambientes exigentes. Hielscher Ultrasonics fornece equipamentos ultrassônicos de nível industrial para instalações em aplicações pesadas e ambientes difíceis. Todos os nossos ultrasonicators são construídos para operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Os sistemas ultrassônicos de alta potência da Hielscher são combinados com robustez, confiabilidade e controlabilidade precisa.
processos exigentes – tais como a refinação de metais fundidos – requerem a capacidade de sonicação intensa. Os processadores ultrassônicos industriais Hielscher Ultrasonics oferecem amplitudes muito altas. Amplitudes de até 200μm podem ser facilmente executadas continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Para amplitudes ainda maiores, sonotrodos ultrassônicos personalizados estão disponíveis.
Para a sonicação de muito alta líquido e temperaturas de fusão, Hielscher oferece vários eléctrodos sonoros e Acessórios personalizadas para assegurar resultados de processamento óptimas.
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:
| Volume batch | Quociente de vazão | Dispositivos Recomendados |
|---|---|---|
| 10 a 2000 mL | 20 a 400 mL / min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 00,2 a 4 L / min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 de 10L / min | UIP4000 |
| n / D. | 10 a 100L / min | UIP16000 |
| n / D. | maior | aglomerado de UIP16000 |
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Literatura / Referências
- Eskin, Georgy I .; Eskin, Dmitry G. (2014): Ultrasonic Tratamento de liga leve derrete. CRC Press, Tecnologia & Engenharia 2014.
- Jia, S .; Xuan, Y .; Nastac, G .; Allison, P.G. .; De pressa, T.W: (2016): microestrutura, propriedades mecânicas e comportamento de fractura de 6061 vazadas nanocompósito com base em liga de alumínio fabricado por processamento de ultra-sons. International Journal of Elenco Metals Research, Vol. 29, Iss. 5: TMS 2015 Reunião Anual e Exposição de 2016. 286-289.
- Ruirun, C. et al. (2017): Efeitos da vibração ultra-sónica sobre a microestrutura e propriedades mecânicas de alta liga TiAl. Sei. Rep. 7 de 2017.
- Skorb, E.V .; Andreeva, D. V. (2013): Bio-inspirado construção de ultra-som assistido de esponjas sintéticas. J. Mater. Chem. A, 2013,1. 7547-7557.
- Tzanakis, I .; Xu, W.W .; Eskin, D.G. .; Lee, P.D .; Kotsovinos, N. (2015): Na observação in situ e análise de efeito capilar de ultra-sons em alumínio fundido. Ultrasonic Sonochemistry 27, 2015. 72-80.
- Wu, W.W :; Tzanakis, I .; Srirangam, P .; Mirihanage, W.U .; Eskin, D.G. .; Bodey, A.J .; Lee, P. D. (2015): Synchrotron Quantificação de ultra-som cavitação e Dynamics bolha no Al-10UC derrete.
Fatos, vale a pena conhecer
Poder ultra-som e cavitação
Quando intensas ondas ultra-sónicas de alta são acoplados em líquidos ou lamas, o fenómeno de cavitação ocorre.
O ultra-som de alta potência e baixa freqüência provoca a formação de bolhas de cavitação em líquidos e suspensões de forma controlada. Intensas ondas de ultra-som geram ciclos alternados de baixa pressão / alta pressão no líquido. Essas rápidas mudanças de pressão geram vazios, as chamadas bolhas de cavitação. As bolhas de cavitação induzidas por ultra-sons podem ser consideradas como microrreactores químicos que proporcionam altas temperaturas e pressões na escala microscópica, onde ocorre a formação de espécies ativas, como os radicais livres provenientes de moléculas dissolvidas. No contexto da química de materiais, a cavitação ultra-sônica possui o potencial exclusivo de catação local de reações de alta temperatura (até 5000 K) e de alta pressão (500atm), enquanto o sistema permanece macroscópicamente perto da temperatura ambiente e da pressão ambiente. (ver Skorb, Andreeva 2013)
Os tratamentos ultra-sônicos (UST) são principalmente baseados em efeitos cavitacionais. Para a metalurgia, a UST é uma técnica altamente vantajosa para melhorar a fundição de metais e ligas.