Gravitacijsko kokilno litje – optimizirano strjevanje s sonikacijo

Ultrazvok ponuja razširljiv, energijsko učinkovit način optimizacije mikrostrukture gravitacijsko ulitih kovin – s tem premošča vrzel med gospodarnostjo litja in zahtevami po visokih zmogljivostih. Pri gravitacijskem kokilnem litju je nadzor strjevanja bistven za izdelavo kovinskih komponent z visokimi zmogljivostmi. Sonikacija kovinskih talin med strjevanjem je učinkovita nekemična metoda za udrobnitev mikrostrukture, ki izboljšuje kakovost ulitkov na mikrostrukturni ravni. Strjevanje ob podpori ultrazvoka spodbuja heterogeno nukleacijo, razgrajuje dendritne strukture ter izenačuje temperaturo in porazdelitev topljencev v talini.

Strjevanje kovinskih talin, spodbujeno z ultrazvokom

Ultrazvočna obdelava kovinskih talin med strjevanjem je učinkovita nekemična metoda za udrobnitev mikrostrukture, ki izboljšuje kakovost ulitkov na mikrostrukturni ravni. Z vnosom ultrazvočnih vibracij visoke intenzivnosti v talino se sprožita akustična kavitacija in akustično strujanje. Ta pojava spodbujata heterogeno nukleacijo, razgrajujeta dendritne strukture ter izenačujeta temperaturo in porazdelitev topljencev v talini.
Posledično strjevanje ob podpori ultrazvoka vodi do znatno drobnejše in enakomernejše zrnate strukture, manjše segregacije ter izboljšanih mehanskih lastnosti, kot so trdnost, duktilnost in odpornost proti utrujanju. Zlasti pri gravitacijskem kokilnem litju, kjer so območja napajalnikov nagnjena k poznemu strjevanju in s tem povezanim napakam, lahko ciljno usmerjena uporaba ultrazvoka lokalno izboljša kinetiko strjevanja in omogoči izdelavo komponent z boljšo strukturo.

Metalurški izzivi in ultrazvočno strjevanje kot rešitev

Nedavne raziskave avtorjev Riedel et al. (2019) so pokazale, da uporaba ultrazvoka med fazo strjevanja pri litju aluminija znatno udrobni zrnato strukturo in izboljša lokalne mehanske lastnosti. Z ultrazvočnimi sondami Hielscher, ki so posebej zasnovane za potopitev v kovinsko talino, je ultrazvočno strjevanje zanesljiva rešitev za izboljšano litje v kovinske kalupe.
Gravitacijsko kokilno litje aluminijevih zlitin – zlasti AlSi7Mg0.3 (A356) – se pogosto uporablja v avtomobilski in letalsko-vesoljski industriji. Vendar se območja ob napajalnikih pogosto strdijo zadnja, kar zaradi počasnejšega ohlajanja povzroči bolj grobo mikrostrukturo. To vodi do slabših mehanskih lastnosti na teh območjih, zmanjšuje celovito strukturno integriteto komponente in otežuje poznejšo mehansko obdelavo.
Tradicionalne metode za ublažitev tega pojava – kot so kemična sredstva za udrobnitev zrn (npr. predzlitine Al-Ti-B), intenzivnejše hlajenje in optimizacija zasnove kalupa – imajo omejitve. Pogosto ne dosežejo enakomerne mikrostrukture po celotnem ulitku in lahko vnesejo nečistoče ali zahtevajo velik vnos energije.

Strjevanje aluminijeve taline ob podpori ultrazvoka vodi do postopnega izboljšanja in enakomernejše porazdelitve mehanskih lastnosti ter splošnega povečanja natezne trdnosti.

Ultrazvočno strjevanje

• Do 30% zmanjšanje razmika med dendritnimi vejami (DAS) na območjih ob napajalnikih.
• Znatno povečanje trdote in natezne trdnosti, zlasti na prej šibkih območjih.
• Izboljšana izotropija mehanskih lastnosti, ki omogoča zasnovo tanjših sten brez zmanjšanja zmogljivosti.

Visokozmogljive ultrazvočne sonde za litje v kovinske kalupe

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

• Toplotno stabilne nad 700°C
• Odporne proti kavitaciji, kar zmanjšuje erozijo in kontaminacijo
• Prilagodljive za vgradnjo v napajalnik ali jedro livarskega kalupa

 
Njihova kompaktna zasnova omogoča naknadno vgradnjo v obstoječe sisteme za litje v kovinske kalupe ter odpira pot do nove ravni nadzora procesa in ponovljivosti pri litju aluminija.

Ultrazvočna obdelava med strjevanjem z industrijsko opremo Hielscher uveljavlja to metodo kot učinkovito orodje za:

• Zmanjševanje napak pri litju
• Povečevanje mehanske zanesljivosti
• Zniževanje stroškov naknadne obdelave

 
 
Spodnja tabela navaja naše ultrazvočne procesorje, primerne za gravitacijsko kokilno litje:

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost iz Nemčije

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke razmere in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in namenja posebno pozornost visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo in uporabniku prijaznim upravljanjem. Seveda so ultrazvočne naprave Hielscher skladne z zahtevami CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.