Gravitačné liatie do kokíl – tuhnutie optimalizované sonikáciou

Ultrazvuk ponúka škálovateľný, energeticky účinný spôsob optimalizácie mikroštruktúry gravitačne odlievaných kovov – prepája hospodárnosť odlievania s požiadavkami na vysoké úžitkové vlastnosti. Pri gravitačnom liatí do kokíl je riadenie tuhnutia nevyhnutné na dosiahnutie kovových súčiastok s vysokými úžitkovými vlastnosťami. Sonikácia roztavených kovov počas tuhnutia predstavuje účinnú nechemickú metódu zjemňovania štruktúry, ktorá zlepšuje kvalitu odliatkov na mikroštruktúrnej úrovni. Tuhnutie podporované ultrazvukom podporuje heterogénnu nukleáciu, narúša dendritické štruktúry a homogenizuje teplotu a rozloženie rozpustených látok v tavenine.

Tuhnutie kovových tavenín podporované ultrazvukom

Ultrazvukové spracovanie roztavených kovov počas tuhnutia predstavuje účinnú nechemickú metódu zjemňovania štruktúry, ktorá zlepšuje kvalitu odliatkov na mikroštruktúrnej úrovni. Zavedením ultrazvukových vibrácií s vysokou intenzitou do taveniny sa vyvoláva akustická kavitácia a akustické prúdenie. Tieto javy podporujú heterogénnu nukleáciu, narúšajú dendritické štruktúry a homogenizujú teplotu a rozloženie rozpustených látok v tavenine.
Výsledkom tuhnutia podporovaného ultrazvukom je výrazne jemnejšia a rovnomernejšia štruktúra zŕn, znížená segregácia a zlepšené mechanické vlastnosti, ako sú pevnosť, ťažnosť a odolnosť proti únave. Najmä pri gravitačnom liatí do kokíl, kde sú oblasti nálitkov náchylné na neskoré tuhnutie a súvisiace chyby, môže cielené použitie ultrazvuku lokálne zlepšiť kinetiku tuhnutia a viesť k súčiastkam s lepšou štruktúrou.

Metalurgické výzvy a tuhnutie podporované ultrazvukom ako riešenie

Nedávny výskum Riedela a kol. (2019) ukázal, že začlenenie ultrazvuku počas fázy tuhnutia pri odlievaní hliníka výrazne zjemňuje štruktúru zŕn a zlepšuje lokálne mechanické vlastnosti. Vďaka ultrazvukovým sondám Hielscher, ktoré sú špeciálne navrhnuté na ponorenie do roztaveného kovu, je tuhnutie podporované ultrazvukom robustným riešením na zlepšenie liatia do kovových foriem.
Gravitačné liatie hliníkových zliatin do kokíl – najmä AlSi7Mg0.3 (A356) – sa široko využíva v automobilovom a leteckom priemysle. Oblasti v blízkosti nálitkov však často tuhnú ako posledné, čo v dôsledku pomalšieho ochladzovania vedie k hrubším mikroštruktúram. To spôsobuje horšie mechanické vlastnosti v týchto oblastiach, znižuje celkovú integritu súčiastky a komplikuje následné obrábanie.
Tradičné metódy na zmiernenie tohto problému – napríklad chemické prípravky na zjemnenie zrna (napr. predzliatiny Al-Ti-B), intenzívnejšie chladenie a optimalizácia konštrukcie formy – majú svoje obmedzenia. Často nedokážu zabezpečiť rovnomernú mikroštruktúru v celom odliatku a môžu vniesť nečistoty alebo vyžadovať vysoké energetické vstupy.

Tuhnutie roztaveného hliníka podporované ultrazvukom vedie k postupnému zlepšovaniu a homogénnejšiemu rozloženiu mechanických vlastností a k celkovému zvýšeniu pevnosti v ťahu.

Tuhnutie podporované ultrazvukom

• Zníženie vzdialenosti medzi dendritickými ramenami (DAS) až o 30% v oblastiach priľahlých k nálitkom.
• Výrazné zvýšenie tvrdosti a pevnosti v ťahu, najmä v predtým slabých oblastiach.
• Zlepšená izotropia mechanických vlastností umožňujúca navrhovať tenšie steny bez zníženia úžitkových vlastností.

Vysokovýkonné ultrazvukové sondy na liatie do kovových foriem

Hielscher ponúka vysokovýkonné ultrazvukové procesory vybavené špeciálne vyvinutými keramickými sonotródami. Špeciálne navrhnuté ultrazvukové keramické sondy sú vhodné na nepretržitú sonikáciu pri vysokej teplote a chladený predlžovací nadstavec chráni menič pred tepelným poškodením.
Tieto sonotródy sú:

• Tepelne stabilné pri teplotách nad 700°C
• Odolné proti kavitácii, čím minimalizujú eróziu a kontamináciu
• Prispôsobiteľné na zabudovanie do nálitkov alebo jadier v odlievacích formách

 
Ich kompaktná konštrukcia umožňuje dodatočnú montáž do existujúcich zariadení na liatie do kovových foriem, čím otvára cestu k novej úrovni riadenia procesu a opakovateľnosti pri odlievaní hliníka.

Ultrazvukové spracovanie počas tuhnutia pomocou priemyselných zariadení Hielscher robí z tejto metódy účinný nástroj na:

• Znižovanie výskytu chýb odliatkov
• Zvyšovanie mechanickej spoľahlivosti
• Znižovanie nákladov na následné spracovanie

 
 
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené naše ultrazvukové procesory vhodné na gravitačné liatie do kokíl:

Návrh, výroba a poradenstvo – kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a konštrukčnými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémové začlenenie našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných prevádzok. Ultrazvukové prístroje Hielscher ľahko zvládajú drsné podmienky a náročné prostredia.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť certifikovaná podľa ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje, ktoré využívajú najmodernejšiu technológiu a sú používateľsky prívetivé. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s požiadavkami CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.