Gravitacijsko litje – Optimizirano strjevanje s sonikacijo

Ultrazvok ponuja razširljivo in energetsko učinkovito pot za optimizacijo mikrostrukture gravitacijsko ulitih kovin – premostitev razkoraka med ekonomičnostjo litja in zahtevami po visoki zmogljivosti. Pri gravitacijskem tlačnem litju je nadzor strjevanja bistvenega pomena za doseganje visoko zmogljivih kovinskih komponent. Sonikacija staljenih kovin med strjevanjem je učinkovita, nekemična metoda plemenitenja, ki izboljša kakovost litja na mikrostrukturni ravni. Ultrazvočno podprto strjevanje pospešuje heterogeno nukleacijo, ruši dendritične strukture ter homogenizira porazdelitev temperature in topljenca v talini.

Ultrazvočno spodbujeno strjevanje kovinskih talin

Ultrazvočna obdelava staljenih kovin med strjevanjem predstavlja učinkovito, nekemično metodo plemenitenja, ki izboljša kakovost litja na mikrostrukturni ravni. Z vnosom ultrazvočnih vibracij visoke intenzivnosti v talino se sprožita akustična kavitacija in pretakanje. Ta pojava spodbujata heterogeno nukleacijo, rušita dendritične strukture ter homogenizirata porazdelitev temperature in topljenca v talini.
Ultrazvočno podprto strjevanje tako omogoča bistveno bolj fino in enakomerno strukturo zrn, manjšo segregacijo in boljše mehanske lastnosti, kot so trdnost, duktilnost in odpornost proti utrujanju. Zlasti pri gravitacijskem tlačnem litju, kjer so napajalne cone nagnjene k poznemu strjevanju in s tem povezanim napakam, lahko usmerjena uporaba ultrazvoka lokalno izboljša kinetiko strjevanja in ustvari strukturno boljše komponente.

Metalurški izzivi in ultrazvočno strjevanje kot rešitev

Nedavne raziskave Riedla in drugih (2019) so pokazale, da vključitev ultrazvoka v fazo strjevanja pri litju aluminija bistveno izboljša strukturo zrn in lokalne mehanske lastnosti. Z ultrazvočnimi sondami podjetja Hielscher, ki so posebej zasnovane za potopitev v staljeno kovino, je ultrazvočno strjevanje zanesljiva rešitev za izboljšano tlačno litje.
Gravitacijsko tlačno litje aluminijevih zlitin – zlasti AlSi7Mg0,3 (A356) – se pogosto uporablja v avtomobilskem in vesoljskem sektorju. Vendar se območja v bližini podajalnikov pogosto strjujejo zadnja, kar zaradi počasnejšega ohlajanja povzroča bolj grobe mikrostrukture. To vodi do slabših mehanskih lastnosti na teh območjih, kar zmanjšuje splošno celovitost komponente in otežuje nadaljnjo obdelavo.
Tradicionalne metode za ublažitev te težave – kot so kemična prečiščevanja zrn (npr. glavne zlitine Al-Ti-B), izboljšano hlajenje in optimizacija zasnove kalupa. – imajo omejitve. Pogosto ne dosežejo enakomerne mikrostrukture v celotnem ulitku in lahko vnašajo nečistoče ali zahtevajo velike energijske vložke.

Ultrazvočno podprto strjevanje staljenega aluminija vodi do postopnega izboljšanja in bolj homogene porazdelitve mehanskih lastnosti ter splošnega povečanja natezne trdnosti.

Ultrazvočno strjevanje

• Do 30-odstotno zmanjšanje razdalje med dendritičnimi vejicami (DAS) v območjih, ki so v bližini hranilnika.
• Znatno povečanje trdote in natezne trdnosti, zlasti na prej šibkih območjih.
• Izboljšana izotropija mehanskih lastnosti, ki omogoča izdelavo tanjših sten brez zmanjšanja zmogljivosti.

Visoko zmogljive ultrazvočne sonde za tlačno litje

Hielscher ponuja visoko zmogljive ultrazvočne procesorje, opremljene s posebej razvitimi keramičnimi sonotrodami. Posebej izdelane ultrazvočne keramične sonde so primerne za neprekinjeno sonikacijo pri visoki temperaturi, hlajeni podaljšek pa varuje pretvornik pred toplotnimi poškodbami.
Te sonotrode so:

• Termično stabilen pri temperaturi nad 700 °C
• odporen na kavitacijo, kar zmanjšuje erozijo in kontaminacijo
• Prilagodljivo za vgradnjo podajalnika ali jedra v livne modele

 
Njihova kompaktna zasnova omogoča naknadno vgradnjo v obstoječe naprave za tlačno litje in odpira vrata novi ravni nadzora nad procesom in ponovljivosti pri litju aluminija.

Ultrazvočna obdelava strjevanja z opremo Hielscher industrijskega razreda postavlja to metodo kot močno orodje za:

• Zmanjšanje napak pri litju
• Povečanje mehanske zanesljivosti
• Znižanje stroškov naknadne obdelave

 
 
V spodnji tabeli so navedeni naši ultrazvočni procesorji, primerni za gravitacijsko tlačno litje:

Projektiranje, izdelava in svetovanje – Kakovost izdelana v Nemčiji

Hielscher ultrazvočni aparati so znani po svojih najvišjih standardih kakovosti in oblikovanja. Robustnost in enostavno upravljanje omogočata nemoteno integracijo naših ultrazvočnih aparatov v industrijske objekte. Težke pogoje in zahtevna okolja zlahka obvladajo Hielscher ultrasonicatorji.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visoko zmogljivim ultrazvočnim aparatom z najsodobnejšo tehnologijo in prijaznostjo do uporabnika. Seveda so Hielscher ultrazvočni aparati skladni s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.