Gravity Die Casting – Solidificare optimizată prin sonicare

Ultrasunetele oferă o cale scalabilă, eficientă din punct de vedere energetic pentru optimizarea microstructurii metalelor turnate prin gravitație – reducerea decalajului dintre economia de turnare și cerințele de înaltă performanță. În turnarea prin gravitație, controlul solidificării este esențial pentru obținerea unor componente metalice de înaltă performanță. Sonicizarea metalelor topite în timpul solidificării reprezintă o metodă de rafinare puternică, nechimică, care îmbunătățește calitatea turnării la nivel microstructural. Solidificarea asistată de ultrasunete promovează nuclearea eterogenă, perturbă structurile dendritice și omogenizează temperatura și distribuția solutului în topitură.

Solidificarea promovată cu ultrasunete a topiturilor metalice

Prelucrarea cu ultrasunete a metalelor topite în timpul solidificării reprezintă o metodă puternică de rafinare non-chimică care îmbunătățește calitatea turnării la nivel microstructural. Prin introducerea de vibrații ultrasonice de intensitate ridicată în topitură, se induc cavitarea acustică și fluxul. Aceste fenomene favorizează nuclearea eterogenă, perturbă structurile dendritice și omogenizează temperatura și distribuția solutului în topitură.
Ca urmare, solidificarea asistată de ultrasunete conduce la o structură a granulelor mult mai fină și mai uniformă, la o segregare redusă și la proprietăți mecanice îmbunătățite, cum ar fi rezistența, ductilitatea și rezistența la oboseală. În special în turnarea sub presiune prin gravitație, unde zonele de alimentare sunt predispuse la solidificare târzie și defecte asociate, aplicarea direcționată a ultrasunetelor poate îmbunătăți local cinetica de solidificare și poate produce componente superioare din punct de vedere structural.

Provocări metalurgice și solidificare cu ultrasunete ca soluție

Cercetări recente efectuate de Riedel et al. (2019) au arătat că integrarea ultrasunetelor în timpul fazei de solidificare a turnării aluminiului rafinează semnificativ structura granulelor și îmbunătățește proprietățile mecanice locale. Cu sondele cu ultrasunete de la Hielscher, care sunt proiectate special pentru imersiune în metal topit, solidificarea cu ultrasunete este o soluție robustă pentru îmbunătățirea turnării sub presiune.
Turnarea prin gravitație a aliajelor de aluminiu – în special AlSi7Mg0.3 (A356) – este utilizat pe scară largă în sectoarele auto și aerospațial. Cu toate acestea, zonele din apropierea alimentatoarelor se solidifică adesea ultimele, rezultând în microstructuri mai grosiere din cauza ratelor de răcire mai lente. Acest lucru duce la proprietăți mecanice inferioare în aceste zone, reducând integritatea generală a componentei și complicând prelucrarea în aval.
Metode tradiționale de atenuare a acestei probleme – cum ar fi rafinarea chimică a granulelor (de exemplu, aliaje de bază Al-Ti-B), răcire îmbunătățită și optimizarea designului matriței – au limite. Adesea, acestea nu reușesc să obțină o microstructură uniformă în întreaga piesă turnată și pot introduce impurități sau pot necesita aporturi mari de energie.

Solidificarea asistată de ultrasunete a aluminiului topit duce la o îmbunătățire treptată și la o distribuție mai omogenă a proprietăților mecanice și la o creștere generală a rezistenței la tracțiune.

Solidificare cu ultrasunete

• Reducerea cu până la 30% a distanței dintre brațele dendritice (DAS) în zonele adiacente alimentatorului.
• Creștere semnificativă a durității și a rezistenței la tracțiune, în special în regiunile slăbite anterior.
• Izotropie îmbunătățită a proprietăților mecanice, care permite proiectarea unor pereți mai subțiri fără a sacrifica performanța.

Sonde ultrasonice de înaltă performanță pentru turnare sub presiune

Hielscher oferă procesoare ultrasonice de înaltă performanță echipate cu sonotrozi ceramice special dezvoltate. Sondele ceramice ultrasonice special proiectate sunt potrivite pentru sonicare continuă la temperaturi ridicate, iar o extensie răcită protejează traductorul împotriva deteriorărilor termice.
Aceste sonotrode sunt:

• Stabil termic peste 700°C
• Rezistent la cavitație, minimizând eroziunea și contaminarea
• Personalizabile pentru alimentarea sau integrarea miezului în matrițele de turnare

 
Designul lor compact permite adaptarea în configurațiile de turnare sub presiune existente, deschizând ușa către un nou nivel de control al procesului și repetabilitate în turnarea aluminiului.

Tratamentul de solidificare cu ultrasunete cu echipamente Hielscher de grad industrial poziționează această metodă ca un instrument puternic pentru:

• Reducerea defectelor de turnare
• Sporirea fiabilității mecanice
• Reducerea costurilor de postprocesare

 
 
Tabelul de mai jos enumeră procesoarele noastre cu ultrasunete potrivite pentru turnarea prin gravitație:

Proiectare, fabricație și consultanță – Calitate Made in Germany

Hielscher ultrasonicators sunt bine-cunoscute pentru cele mai înalte standarde de calitate și design. Robustețea și funcționarea ușoară permit integrarea fără probleme a ultrasonicators noastre în instalații industriale. Condiții dure și medii solicitante sunt ușor de manipulat de ultrasonicators Hielscher.

Hielscher Ultrasonics este o companie certificată ISO și pune un accent deosebit pe ultrasonicators de înaltă performanță cu tehnologie de ultimă oră și ușurință în utilizare. Desigur, ultrasonicators Hielscher sunt conforme CE și îndeplinesc cerințele UL, CSA și RoHs.