Imtësimi me ultratinguj i shkrirjeve metalike
- Ultratingujt e fuqishëm në metalet dhe lidhjet e shkrira shfaqin efekte të ndryshme të dobishme, si strukturimi, degazimi dhe përmirësimi i filtrimit.
- Trajtimi me ultratinguj nxit ngurtësimin jodendritik në metalet e lëngshme dhe gjysmë të ngurta.
- Trajtimi me ultratinguj ka përfitime të konsiderueshme për imtësimin mikrostrukturor të kokrrizave dendritike dhe grimcave ndërmetalike primare.
- Për më tepër, ultratingujt e fuqishëm mund të përdoren në mënyrë të qëllimshme për të ulur porozitetin e metalit ose për të prodhuar struktura mezoporoze.
- Së fundi, por jo më pak e rëndësishme, ultratingujt e fuqishëm përmirësojnë cilësinë e pjesëve të derdhura.
Ngurtësimi me ultratinguj i shkrirjeve metalike
Formimi i strukturave jodendritike gjatë ngurtësimit të shkrirjeve metalike ndikon në vetitë e materialit, si rezistenca mekanike, duktiliteti, qëndrueshmëria ndaj thyerjes dhe/ose fortësia.
Bërthamëzimi i kokrrizave i ndryshuar nga ultratingujt: Kavitacioni akustik dhe forcat e tij intensive të prerjes rrisin numrin e vendeve të bërthamëzimit dhe të bërthamave në shkrirje. Trajtimi i shkrirjeve me ultratinguj shkakton bërthamëzim heterogjen dhe fragmentim të dendriteve, kështu që produkti përfundimtar shfaq një imtësim dukshëm më të lartë të kokrrizave.
Kavitacioni tejzanor shkakton lagien e njëtrajtshme të papastërtive jometalike në shkrirje. Këto papastërti shndërrohen në vende bërthamëzimi, të cilat janë pikat e nisjes së ngurtësimit. Meqë këto pika bërthamëzimi ndodhen përpara frontit të ngurtësimit, rritja e strukturave dendritike nuk ndodh.
Makrostruktura e lidhjes së Ti pas trajtimit me ultratinguj. Trajtimi me ultratinguj rezulton në një strukturë kokrrizore dukshëm më të imët.
Dr. Andreeva-Bäumler, nga Universiteti i Bayreuth-it, po punon me aparatin tejzanor UIP1000hdT për nanostrukturimin e metaleve.
Efektet e ultratingujve në fortësinë Vicker të lidhjes: trajtimi me ultratinguj përmirëson mikrofortësinë Vickers në metal
(studimi dhe grafiku: ©Ruirun et al., 2017)
Fragmentimi i dendriteve: Shkrirja e dendriteve zakonisht fillon në rrënjë për shkak të rritjes lokale të temperaturës dhe segregimit. Trajtimi me ultratinguj gjeneron konveksion të fortë (transferim nxehtësie nëpërmjet lëvizjes së masës së një fluidi) dhe valë goditëse në shkrirje, duke shkaktuar fragmentimin e dendriteve. Konveksioni mund të nxitë fragmentimin e dendriteve për shkak të temperaturave lokale ekstreme si dhe ndryshimeve të përbërjes, dhe nxit difuzionin e lëndës së tretur. Valët goditëse të kavitacionit ndihmojnë në këputjen e këtyre rrënjëve që po shkrihen.
Degazimi me ultratinguj i lidhjeve metalike
Degazimi është një tjetër efekt i rëndësishëm i ultratingujve të fuqishëm në metalet dhe lidhjet e lëngshme dhe gjysmë të ngurta. Kavitacioni akustik krijon cikle të alternuara presioni të ulët / presioni të lartë. Gjatë cikleve të presionit të ulët, në lëng ose në suspension shfaqen flluska të imëta vakumi. Këto flluska vakumi veprojnë si bërthama për formimin e flluskave të hidrogjenit dhe të avullit. Për shkak të formimit të flluskave më të mëdha të hidrogjenit, flluskat e gazit ngrihen. Rrjedha dhe rrymat akustike ndihmojnë në ngritjen e këtyre flluskave në sipërfaqe dhe në daljen e tyre nga shkrirja, në mënyrë që gazi të mund të largohet dhe përqendrimi i gazit në shkrirje të ulet.
Degazimi me ultratinguj ul porozitetin e metalit, duke arritur kështu një dendësi më të lartë të materialit në produktin përfundimtar prej metali / lidhjeje.
Degazimi me ultratinguj i lidhjeve të aluminit rrit rezistencën maksimale në tërheqje dhe duktilitetin e materialit. Sistemet industriale të ultratingujve të fuqishëm konsiderohen si më të mirat ndër metodat e tjera tregtare të degazimit për sa i përket efektivitetit dhe kohës së përpunimit. Për më tepër, procesi i mbushjes së kallëpit përmirësohet për shkak të viskozitetit më të ulët të shkrirjes.
Vetitë në shtypje të Ti44Al6Nb1Cr2V për kohëzgjatje të ndryshme të trajtimit me ultratinguj. Trajtimi me ultratinguj përmirëson ndjeshëm rezistencën në shtypje.
(studimi dhe grafiku: ©Ruirun et al., 2017)
Sonotroda qeramike BS4D22L3C është një sonotrodë e posaçme, e përshtatshme për trajtimin me ultratinguj të lëngjeve me temperaturë të lartë, si alumini i shkrirë (p.sh. për përzierje dhe degazim).
Efekti sonokapilar gjatë filtrimit
Efekti kapilar tejzanor në metalet e lëngshme është efekti shtytës për largimin e përfshirjeve okside gjatë filtrimit të shkrirjeve të asistuar nga ultratingujt. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Filtrimi përdoret për të larguar papastërtitë jometalike nga shkrirja. Gjatë filtrimit, shkrirja kalon nëpër rrjeta të ndryshme (p.sh. prej fibrash qelqi) për të ndarë përfshirjet e padëshiruara. Sa më të vogla të jenë hapjet e rrjetës, aq më i mirë është rezultati i filtrimit.
Në kushte të zakonshme, shkrirja nuk mund të kalojë nëpër një filtër me dy shtresa me pore shumë të ngushta prej 0,4–0,4mm. Megjithatë, gjatë filtrimit të asistuar nga ultratingujt, shkrirja mund të kalojë nëpër poret e rrjetës falë efektit sonokapilar. Në këtë rast, kapilarët e filtrit mbajnë edhe papastërti jometalike prej 1–10μm. Falë pastërtisë më të lartë të lidhjes, shmanget formimi i poreve të hidrogjenit pranë oksideve, kështu që rritet rezistenca e lidhjes ndaj lodhjes.
Eskin et al. (2014: 120ff.) kanë treguar se filtrimi me ultratinguj bën të mundur pastrimin e lidhjeve të aluminit AA2024, AA7055 dhe AA7075 duke përdorur filtra shumështresorë prej fibrash qelqi (me deri në 9 shtresa) me pore rrjete prej 0,6×0,6mm. Kur procesi i filtrimit me ultratinguj kombinohet me shtimin e inokulantëve, arrihet njëkohësisht imtësimi i kokrrizave.
Përforcimi me ultratinguj i lidhjeve metalike
Është vërtetuar se trajtimi me ultratinguj është shumë efektiv për shpërndarjen e njëtrajtshme të nanogrimcave në suspensione. Prandaj, dispersuesit tejzanorë janë pajisjet më të zakonshme për prodhimin e kompoziteve të përforcuara me nanogrimca.
Nanogrimcat (p.sh. Al2O3/SiC, CNTs) përdoren si material përforcues. Nanogrimcat shtohen në lidhjen e shkrirë dhe shpërndahen me ultratinguj. Kavitacioni dhe rrymat akustike përmirësojnë çaglomerimin dhe lagshmërinë e grimcave, duke sjellë përmirësim të rezistencës në tërheqje, kufirit të rrjedhshmërisë dhe zgjatimit.
Pajisje tejzanore për aplikime në kushte të rënda pune
Zbatimi i ultratingujve të fuqishëm në metalurgji kërkon sisteme tejzanore të qëndrueshme dhe të besueshme, të cilat mund të instalohen në mjedise me kërkesa të larta. Hielscher Ultrasonics furnizon pajisje tejzanore të kategorisë industriale për instalime në aplikime me kushte të rënda pune dhe në mjedise të ashpra. Të gjithë aparatet tanë tejzanorë janë ndërtuar për funksionim 24/7. Sistemet tejzanore me fuqi të lartë të Hielscher bashkojnë qëndrueshmërinë, besueshmërinë dhe kontrollueshmërinë e saktë.
Proceset me kërkesa të larta – si imtësimi i shkrirjeve metalike – kërkojnë aftësinë për trajtim intensiv me ultratinguj. Procesorët tejzanorë industrialë të Hielscher Ultrasonics ofrojnë amplituda shumë të larta. Amplituda deri në 200µm mund të mbahen lehtësisht në mënyrë të vazhdueshme gjatë funksionimit 24/7. Për amplituda edhe më të larta, ofrohen sonotroda tejzanore të personalizuara.
Për trajtimin me ultratinguj të lëngjeve dhe shkrirjeve në temperatura shumë të larta, Hielscher ofron sonotroda të ndryshme dhe aksesorë të personalizuar për të siguruar rezultate optimale përpunimi.
Tabela më poshtë ju jep një ide mbi kapacitetin e përafërt të përpunimit të aparateve tanë tejzanorë:
| Vëllimi i serisë | Prurja | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 10 deri në 2000mL | 20 deri në 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 deri në 20L | 0,2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100L | 2 deri në 10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10 deri në 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | më e lartë | grup pajisjesh UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Literatura/Referencat
- Eskin, Georgy I.; Eskin, Dmitry G. (2014): Ultrasonic Treatment of Light Alloy Melts. CRC Press,Technology & Engineering 2014.
- Jia, S.; Xuan, Y.; Nastac, L.; Allison, P.G.; Rushing, T.W: (2016): Microstructure, mechanical properties and fracture behavior of 6061 aluminium alloy-based nanocomposite castings fabricated by ultrasonic processing. International Journal of Cast Metals Research, Vol. 29, Iss. 5: TMS 2015 Annual Meeting and Exhibition 2016. 286-289.
- Ruirun, C. et al. (2017): Effects of ultrasonic vibration on the microstructure and mechanical properties of high alloying TiAl. Sci. Rep. 7, 2017.
- Skorb, E.V.; Andreeva, D.V. (2013): Bio-inspired ultrasound assisted construction of synthetic sponges. J. Mater. Chem. A, 2013,1. 7547-7557.
- Tzanakis,I.; Xu, W.W.; Eskin, D.G.; Lee, P.D.; Kotsovinos, N. (2015): In situ observation and analysis of ultrasonic capillary effect in molten aluminium . Ultrasonic Sonochemistry 27, 2015. 72-80.
- Wu, W.W:; Tzanakis, I.; Srirangam, P.; Mirihanage, W.U.; Eskin, D.G.; Bodey, A.J.; Lee, P.D. (2015): Synchrotron Quantification of Ultrasound Cavitation and Bubble Dynamics in Al-10Cu Melts.
Fakte që ia vlen të dini
Ultratingujt e fuqishëm dhe kavitacioni
Kur valët tejzanore me intensitet të lartë transmetohen në lëngje ose suspensione, dukuria e kavitacionit shfaqet.
Ultratingujt me fuqi të lartë dhe frekuencë të ulët shkaktojnë në mënyrë të kontrolluar formimin e flluskave të kavitacionit në lëngje dhe suspensione. Valët intensive tejzanore gjenerojnë cikle të alternuara presioni të ulët / presioni të lartë në lëng. Këto ndryshime të shpejta të presionit krijojnë zgavra, të ashtuquajturat flluska të kavitacionit. Flluskat e kavitacionit të induktuara nga ultratingujt mund të konsiderohen si mikroreaktorë kimikë që sigurojnë temperatura dhe presione të larta në shkallë mikroskopike, ku ndodh formimi i specieve aktive, si radikalet e lira, nga molekulat e tretura. Në kontekstin e kimisë së materialeve, kavitacioni tejzanor ka potencialin unik për të katalizuar lokalisht reaksione në temperatura të larta (deri në 5000 K) dhe presione të larta (500atm), ndërsa sistemi në shkallë makroskopike mbetet pranë temperaturës së dhomës dhe presionit të mjedisit. (krh. Skorb, Andreeva 2013)
Trajtimet me ultratinguj bazohen kryesisht në efektet e kavitacionit. Për metalurgjinë, trajtimi me ultratinguj është një teknikë shumë e dobishme për përmirësimin e derdhjes së metaleve dhe lidhjeve.
Përveç trajtimit të shkrirjeve metalike, trajtimi me ultratinguj përdoret edhe për të krijuar nanostruktura të ngjashme me sfungjerin dhe modele në shkallë nano në sipërfaqe metalike të ngurta, si titani dhe lidhjet. Këto pjesë prej titani dhe lidhjesh, të nanostrukturuara me ultratinguj, shfaqin potencial të madh si implante me proliferim të shtuar të qelizave osteogjenike. Lexoni më shumë rreth nanostrukturimit me ultratinguj të implanteve prej titani!