Гравитационо ливење у металне калупе – оптимизовано очвршћавање соникацијом

Ултразвук нуди скалабилан, енергетски ефикасан начин оптимизације микроструктуре гравитационо ливених метала – премошћујући јаз између економичности ливења и захтева за високим перформансама. При гравитационом ливењу у металне калупе, контрола очвршћавања је неопходна за добијање металних компоненти високих перформанси. Соникација растопљених метала током очвршћавања представља моћну, нехемијску методу уситњавања структуре која побољшава квалитет одливака на микроструктурном нивоу. Очвршћавање потпомогнуто ултразвуком подстиче хетерогену нуклеацију, разбија дендритне структуре и уједначава температуру и расподелу растворених супстанци у растопу.

Очвршћавање металних растопа подстакнуто ултразвуком

Ултразвучна обрада растопљених метала током очвршћавања представља моћну, нехемијску методу уситњавања структуре која побољшава квалитет одливака на микроструктурном нивоу. Увођењем ултразвучних вибрација високог интензитета у растоп изазивају се акустична кавитација и струјање. Ове појаве подстичу хетерогену нуклеацију, разбијају дендритне структуре и уједначавају температуру и расподелу растворених супстанци у растопу.
Као резултат тога, очвршћавање потпомогнуто ултразвуком доводи до знатно ситније и уједначеније зрнасте структуре, смањене сегрегације и побољшаних механичких својстава, као што су чврстоћа, дуктилност и отпорност на замор. Нарочито при гравитационом ливењу у металне калупе, где су зоне хранитеља склоне касном очвршћавању и повезаним дефектима, циљана примена ултразвука може локално побољшати кинетику очвршћавања и омогућити добијање компоненти супериорне структуре.

Металуршки изазови и очвршћавање уз примену ултразвука као решење

Недавна истраживања Riedel и сар. (2019) показала су да примена ултразвука током фазе очвршћавања при ливењу алуминијума значајно уситњава зрнасту структуру и побољшава локална механичка својства. Уз Hielscher ултразвучне сонде, које су посебно пројектоване за урањање у растопљени метал, очвршћавање уз примену ултразвука представља поуздано решење за побољшано ливење у металне калупе.
Гравитационо ливење легура алуминијума у металне калупе – нарочито AlSi7Mg0.3 (A356) – широко се примењује у аутомобилској и ваздухопловној индустрији. Међутим, области у близини хранитеља често очвршћавају последње, што услед споријег хлађења доводи до грубљих микроструктура. То доводи до слабијих механичких својстава у овим зонама, смањујући укупни интегритет компоненте и отежавајући накнадну машинску обраду.
Традиционалне методе за ублажавање овог проблема – као што су хемијска средства за уситњавање зрна (нпр. предлегуре Al-Ti-B), појачано хлађење и оптимизација конструкције калупа – имају ограничења. Оне често не успевају да обезбеде уједначену микроструктуру у целом одливку и могу унети нечистоће или захтевати велики унос енергије.

Очвршћавање растопљеног алуминијума потпомогнуто ултразвуком доводи до постепеног побољшања и хомогеније расподеле механичких својстава, као и до укупног повећања затезне чврстоће.

Очвршћавање уз примену ултразвука

• Смањење растојања између дендритних грана (DAS) до 30% у зонама уз хранитеље.
• Значајно повећање тврдоће и затезне чврстоће, нарочито у претходно слабим областима.
• Побољшана изотропија механичких својстава, која омогућава конструкције са тањим зидовима без жртвовања перформанси.

Ултразвучне сонде високих перформанси за ливење у металне калупе

Hielscher нуди ултразвучне процесоре високих перформанси опремљене посебно развијеним керамичким сонотродама. Посебно пројектоване ултразвучне керамичке сонде погодне су за континуирану соникацију на високој температури, а хлађени продужетак штити претварач од топлотних оштећења.
Ове сонотроде су:

• Термички стабилне изнад 700°C
• Отпорне на кавитацију, чиме се ерозија и контаминација своде на минимум
• Прилагодљиве за уградњу у хранитеље или језгра ливарских калупа

 
Њихова компактна конструкција омогућава накнадну уградњу у постојеће системе за ливење у металне калупе, отварајући могућност за нови ниво контроле процеса и поновљивости при ливењу алуминијума.

Третман очвршћавања ултразвуком помоћу Hielscher опреме индустријске класе чини ову методу моћним алатом за:

• Смањење дефеката одливака
• Повећање механичке поузданости
• Смањење трошкова накнадне обраде

 
 
У табели испод наведени су наши ултразвучни процесори погодни за гравитационо ливење у металне калупе:

Пројектовање, производња и саветовање – квалитет произведен у Немачкој

Hielscher ултразвучни уређаји познати су по највишим стандардима квалитета и пројектовања. Робусност и једноставно руковање омогућавају несметану интеграцију наших ултразвучних уређаја у индустријска постројења. Hielscher ултразвучни уређаји лако подносе тешке услове и захтевна окружења.

Hielscher Ultrasonics је компанија са ISO сертификатом која посебан нагласак ставља на ултразвучне уређаје високих перформанси са најсавременијом технологијом и једноставном употребом. Наравно, Hielscher ултразвучни уређаји су усаглашени са CE захтевима и испуњавају захтеве UL, CSA и RoHs.