Гравітаційне лиття під тиском – Оптимізоване затвердіння за допомогою ультразвукової обробки

Ультразвук пропонує масштабований, енергоефективний шлях для оптимізації мікроструктури гравітаційних металів – подолання розриву між економічністю лиття та вимогами до високої продуктивності. У гравітаційному литті під тиском контроль затвердіння має важливе значення для досягнення високоефективних металевих компонентів. Ультразвукова обробка розплавлених металів під час затвердіння являє собою потужний, нехімічний метод очищення, який підвищує якість лиття на мікроструктурному рівні. Затвердіння за допомогою ультразвуку сприяє гетерогенному зародженню, порушує дендритні структури та гомогенізує температуру та розподіл розчинених речовин у розплаві.

Ультразвукове просування затвердіння металевих розплавів

Ультразвукова обробка розплавлених металів під час затвердіння являє собою потужний нехімічний метод рафінування, який підвищує якість виливків на мікроструктурному рівні. Впровадження ультразвукових коливань високої інтенсивності в розплав викликає акустичну кавітацію та потоки. Ці явища сприяють гетерогенному зародженню, руйнують дендритні структури, гомогенізують температуру і розподіл розчинених речовин у розплаві.
Як результат, ультразвукове затвердіння призводить до значно тоншої та рівномірнішої структури зерна, зменшення сегрегації та покращення механічних властивостей, таких як міцність, пластичність та стійкість до втоми. Зокрема, в гравітаційному литті під тиском, де зони подачі схильні до пізнього затвердіння і пов'язаних з цим дефектів, цілеспрямоване застосування ультразвуку може локально покращити кінетику затвердіння і дати структурно кращі компоненти.

Металургійні виклики та ультразвукове затвердіння як рішення

Нещодавнє дослідження Riedel et al. (2019) показало, що інтеграція ультразвуку під час фази затвердіння алюмінієвого лиття значно вдосконалює структуру зерна та покращує локальні механічні властивості. З ультразвуковими датчиками Hielscher, які спеціально розроблені для занурення в розплавлений метал, ультразвукове затвердіння є надійним рішенням для поліпшення лиття під тиском.
Гравітаційне лиття під тиском алюмінієвих сплавів – зокрема AlSi7Mg0.3 (A356) – широко використовується в автомобільній та аерокосмічній галузях. Однак зони біля живильників часто застигають останніми, що призводить до утворення грубої мікроструктури через повільнішу швидкість охолодження. Це призводить до погіршення механічних властивостей у цих зонах, знижуючи загальну цілісність компонента та ускладнюючи подальшу механічну обробку.
Традиційні методи пом'якшення наслідків – такі як хімічні рафінувальники зерна (наприклад, основні сплави Al-Ti-B), покращене охолодження та оптимізація конструкції прес-форми – мають обмеження. Вони часто не дозволяють досягти рівномірної мікроструктури по всій виливці, можуть вносити домішки або вимагати високих енерговитрат.

Ультразвукове затвердіння розплавленого алюмінію призводить до поступового поліпшення і більш однорідного розподілу механічних властивостей і загального збільшення міцності на розрив.

Ультразвукове затвердіння

• До 30% зменшення відстані між дендритними плечима (DAS) у прилеглих до годівниці зонах.
• Значне збільшення твердості та міцності на розрив, особливо в раніше слабких ділянках.
• Покращена ізотропність механічних властивостей, що дозволяє створювати більш тонкі конструкції стінок без шкоди для продуктивності.

Високоефективні ультразвукові датчики для лиття під тиском

Hielscher пропонує високопродуктивні ультразвукові процесори, оснащені спеціально розробленими керамічними сонотродами. Спеціально розроблені ультразвукові керамічні зонди підходять для безперервної ультразвукової обробки при високій температурі, а охолоджуваний подовжувач захищає датчик від термічних пошкоджень.
Ці сонотроди:

• Термічно стабільний при температурі вище 700°C
• Стійкий до кавітації, мінімізує ерозію та забруднення
• Налаштовується для інтеграції живильника або стрижня в ливарні форми

 
Їх компактна конструкція дозволяє вбудовувати їх в існуючі установки для лиття під тиском, відкриваючи двері на новий рівень управління процесом і повторюваності при литті алюмінію.

Ультразвукова обробка затвердіння на промисловому обладнанні Hielscher позиціонує цей метод як потужний інструмент для:

• Зменшення дефектів лиття
• Підвищення механічної надійності
• Зниження витрат на постобробку

 
 
У таблиці нижче перераховані наші ультразвукові процесори, придатні для гравітаційного лиття під тиском:

Проектування, виробництво та консалтинг – Якість зроблено в Німеччині

Ультразвукові апарати Hielscher добре відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації дозволяють плавно інтегрувати наші ультразвукові апарати в промислові об'єкти. З важкими умовами та вимогливими умовами легко справляються ультразвукові апарати Hielscher.

Hielscher Ultrasonics є сертифікованою компанією ISO і приділяє особливу увагу високопродуктивним ультразвуковим апаратам, які відрізняються найсучаснішими технологіями та зручністю для використання. Звичайно, ультразвукові апарати Hielscher відповідають вимогам CE та відповідають вимогам UL, CSA та RoHs.