Гравитационное литье под давлением – Оптимизированное затвердевание с помощью соникации

Ультразвук предлагает масштабируемый и энергоэффективный способ оптимизации микроструктуры металлов, отлитых под действием силы тяжести – преодолевает разрыв между экономичностью литья и высокими требованиями к производительности. При гравитационном литье под давлением контроль затвердевания имеет большое значение для получения высокопроизводительных металлических компонентов. Ультразвуковое воздействие на расплавленные металлы во время затвердевания представляет собой мощный нехимический метод рафинирования, который повышает качество литья на микроструктурном уровне. Затвердевание под действием ультразвука способствует гетерогенному зарождению, разрушает дендритные структуры, а также гомогенизирует температуру и распределение растворителей в расплаве.

Ультразвуковое упрочнение расплавов металлов

Ультразвуковая обработка расплавленных металлов в процессе затвердевания представляет собой мощный нехимический метод рафинирования, повышающий качество литья на микроструктурном уровне. При введении высокоинтенсивных ультразвуковых колебаний в расплав индуцируются акустическая кавитация и струйное течение. Эти явления способствуют гетерогенному зарождению, разрушению дендритных структур, гомогенизации температуры и распределения растворителей в расплаве.
В результате затвердевание под воздействием ультразвука приводит к значительно более тонкой и равномерной структуре зерна, снижению сегрегации и улучшению механических свойств, таких как прочность, пластичность и усталостная прочность. В частности, при гравитационном литье под давлением, где зоны подачи склонны к позднему затвердеванию и связанным с ним дефектам, целенаправленное применение ультразвука может локально улучшить кинетику затвердевания и получить структурно более совершенные компоненты.

Металлургические проблемы и ультразвуковое затвердевание как их решение

Недавнее исследование Riedel et al. (2019) показало, что интеграция ультразвука на этапе затвердевания алюминиевого литья значительно улучшает структуру зерна и локальные механические свойства. Ультразвуковые датчики Hielscher, специально разработанные для погружения в расплавленный металл, позволяют использовать ультразвуковое затвердевание в качестве надежного решения для улучшения качества литья под давлением.
Гравитационное литье алюминиевых сплавов под давлением – в частности, AlSi7Mg0.3 (A356) – широко используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Однако зоны вблизи питателей часто затвердевают последними, что приводит к образованию более грубых микроструктур из-за более медленной скорости охлаждения. Это приводит к ухудшению механических свойств в этих зонах, снижая общую целостность детали и усложняя последующую обработку.
Традиционные методы борьбы с этим – такие как химические рафинеры зерна (например, основные сплавы Al-Ti-B), улучшенное охлаждение и оптимизация конструкции пресс-формы – имеют свои ограничения. Они часто не позволяют добиться однородной микроструктуры по всей отливке, могут вносить примеси или требовать больших затрат энергии.

Затвердевание расплавленного алюминия под действием ультразвука приводит к постепенному улучшению и более однородному распределению механических свойств и общему повышению прочности на разрыв.

Ультразвуковое затвердевание

• До 30% уменьшения расстояния между дендритами (DAS) в зонах, примыкающих к фидерам.
• Значительное увеличение твердости и прочности на разрыв, особенно в ранее слабых областях.
• Улучшенная изотропия механических свойств, позволяющая создавать более тонкие стенки без снижения эксплуатационных характеристик.

Высокопроизводительные ультразвуковые датчики для литья под давлением

Hielscher предлагает высокопроизводительные ультразвуковые процессоры, оснащенные специально разработанными керамическими сонотродами. Специально разработанные ультразвуковые керамические зонды подходят для непрерывной обработки звуком при высокой температуре, а охлаждаемый удлинитель защищает датчик от термических повреждений.
К ним относятся сонотроды:

• Термическая стабильность выше 700°C
• Устойчивость к кавитации, минимизация эрозии и загрязнения
• Настраивается для встраивания питателя или стержня в литейные формы

 
Их компактная конструкция позволяет встраивать их в существующие установки для литья под давлением, открывая новый уровень контроля и повторяемости процессов при литье алюминия.

Ультразвуковая обработка затвердевания с помощью оборудования промышленного класса Hielscher делает этот метод мощным инструментом для:

• Уменьшение дефектов литья
• Повышение механической надежности
• Снижение затрат на постобработку

 
 
В таблице ниже перечислены наши ультразвуковые процессоры, подходящие для гравитационного литья под давлением:

Проектирование, производство и консалтинг – Качество «Сделано в Германии»

Ультразвуковые аппараты Hielscher хорошо известны своими высочайшими стандартами качества и дизайна. Надежность и простота в эксплуатации позволяют без проблем интегрировать наши ультразвуковые аппараты в промышленные объекты. Ультразвуковые аппараты Hielscher легко справляются с суровыми условиями и требовательными условиями окружающей среды.

Hielscher Ultrasonics является компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и уделяет особое внимание высокопроизводительным ультразвуковым аппаратам, отличающимся самыми современными технологиями и удобством в использовании. Конечно, ультразвуковые аппараты Hielscher соответствуют требованиям CE и соответствуют требованиям UL, CSA и RoHs.