Gravitačné tlakové liatie – Optimalizované tuhnutie sonikáciou

Ultrazvuk ponúka škálovateľný, energeticky efektívny spôsob optimalizácie mikroštruktúry gravitačne odlievaných kovov – preklenutie rozdielu medzi hospodárnosťou odlievania a požiadavkami na vysoký výkon. Pri gravitačnom tlakovom liatí je kontrola tuhnutia nevyhnutná na dosiahnutie vysoko výkonných kovových komponentov. Sonikácia roztavených kovov počas tuhnutia predstavuje účinnú nechemickú metódu zušľachťovania, ktorá zvyšuje kvalitu odliatku na mikroštruktúrnej úrovni. Ultrazvukovo asistované tuhnutie podporuje heterogénnu nukleáciu, narúša dendritické štruktúry a homogenizuje rozloženie teploty a rozpustených látok v tavenine.

Ultrazvukom podporované tuhnutie kovových tavenín

Ultrazvukové spracovanie roztavených kovov počas tuhnutia predstavuje výkonnú nechemickú metódu zušľachťovania, ktorá zvyšuje kvalitu odliatku na mikroštruktúrnej úrovni. Zavedením vysokointenzívnych ultrazvukových vibrácií do taveniny sa vyvoláva akustická kavitácia a prúdenie. Tieto javy podporujú heterogénnu nukleáciu, narúšajú dendritické štruktúry a homogenizujú rozloženie teploty a rozpustených látok v tavenine.
Výsledkom ultrazvukovo asistovaného tuhnutia je výrazne jemnejšia a rovnomernejšia štruktúra zŕn, menšia segregácia a lepšie mechanické vlastnosti, ako je pevnosť, ťažnosť a odolnosť proti únave. Najmä pri gravitačnom tlakovom liatí, kde sú podávacie zóny náchylné na neskoré tuhnutie a s tým spojené defekty, môže cielená aplikácia ultrazvuku lokálne zlepšiť kinetiku tuhnutia a priniesť štrukturálne lepšie komponenty.

Metalurgické výzvy a ultrazvukové tuhnutie ako riešenie

Nedávny výskum Riedela a kol. (2019) ukázal, že integrácia ultrazvuku počas fázy tuhnutia pri odlievaní hliníka výrazne zjemňuje štruktúru zŕn a zlepšuje lokálne mechanické vlastnosti. S ultrazvukovými sondami od spoločnosti Hielscher, ktoré sú špeciálne navrhnuté na ponorenie do roztaveného kovu, je ultrazvukové tuhnutie robustným riešením na zlepšenie tlakového liatia.
Gravitačné tlakové liatie hliníkových zliatin – najmä AlSi7Mg0,3 (A356) – sa vo veľkej miere používa v automobilovom a leteckom priemysle. Oblasti v blízkosti podávačov však často tuhnú ako posledné, čo má za následok hrubšie mikroštruktúry v dôsledku pomalšieho chladnutia. To vedie k horším mechanickým vlastnostiam v týchto zónach, znižuje celkovú integritu súčiastky a komplikuje následné obrábanie.
Tradičné metódy na zmiernenie tohto problému – ako sú chemické zušľachťovače zrna (napr. hlavné zliatiny Al-Ti-B), vylepšené chladenie a optimalizácia konštrukcie formy. – majú obmedzenia. Často sa pri nich nedosiahne rovnomerná mikroštruktúra v celom odliatku a môžu sa do nich dostať nečistoty alebo si vyžadujú vysoké energetické vstupy.

Ultrazvukovo asistované tuhnutie roztaveného hliníka vedie k postupnému zlepšeniu a homogénnejšiemu rozloženiu mechanických vlastností a celkovému zvýšeniu pevnosti v ťahu.

Ultrazvukové tuhnutie

• Až 30 % zníženie vzdialenosti medzi dendritickými ramenami (DAS) v zónach priľahlých k podávačom.
• Výrazné zvýšenie tvrdosti a pevnosti v ťahu, najmä v predtým slabých oblastiach.
• Zlepšená izotropia mechanických vlastností, ktorá umožňuje navrhovať tenšie steny bez straty výkonu.

Vysoko výkonné ultrazvukové sondy pre tlakové liatie

Spoločnosť Hielscher ponúka vysoko výkonné ultrazvukové procesory vybavené špeciálne vyvinutými keramickými sonotródami. Špeciálne skonštruované ultrazvukové keramické sondy sú vhodné na nepretržitú sonikáciu pri vysokej teplote a chladené predĺženie chráni snímač pred tepelným poškodením.
Tieto sonotródy sú:

• Tepelná stabilita nad 700 °C
• Odolnosť voči kavitácii, minimalizácia erózie a kontaminácie
• Prispôsobenie na integráciu podávača alebo jadra do odlievacích foriem

 
Ich kompaktná konštrukcia umožňuje dodatočnú montáž do existujúcich zariadení na tlakové liatie, čím sa otvárajú dvere k novej úrovni kontroly procesu a opakovateľnosti pri odlievaní hliníka.

Ultrazvuková úprava tuhnutia pomocou priemyselného zariadenia Hielscher predstavuje túto metódu ako výkonný nástroj na:

• Zníženie počtu chýb odliatkov
• Zvyšovanie mechanickej spoľahlivosti
• Zníženie nákladov na následné spracovanie

 
 
V nasledujúcej tabuľke sú uvedené naše ultrazvukové procesory vhodné pre gravitačné tlakové liatie:

Dizajn, výroba a poradenstvo – Kvalita vyrobená v Nemecku

Ultrazvukové prístroje Hielscher sú známe svojou najvyššou kvalitou a dizajnovými štandardmi. Robustnosť a jednoduchá obsluha umožňujú bezproblémovú integráciu našich ultrazvukových prístrojov do priemyselných zariadení. Drsné podmienky a náročné prostredie ľahko zvládnu ultrazvukové prístroje Hielscher.

Hielscher Ultrasonics je spoločnosť s certifikáciou ISO a kladie osobitný dôraz na vysokovýkonné ultrazvukové prístroje s najmodernejšou technológiou a užívateľskou prívetivosťou. Ultrazvukové prístroje Hielscher sú samozrejme v súlade s CE a spĺňajú požiadavky UL, CSA a RoHs.