Ультразвукова доопрацювання металевих розплавів

  • Ультразвук у розплавлених металах та сплавах показує різні корисні ефекти, такі як структурування, дегазація та поліпшення фільтрації.
  • Ультразвукове дослідження сприяє недендритному затвердінню в рідких і напівтвердих металах.
  • Удосконалення має значні переваги у мікроструктурному поліпшенні дендритних зерен та первинних інтерметалічних частинок.
  • Крім того, ультразвукове ультразвукове дослідження може бути використане цілеспрямовано, щоб зменшити пористість металу або виробляти мезопористі структури.
  • Нарешті, але не менш важливо, ультразвукова потужність покращує якість виливків.

Ультразвукове затвердіння металевих розплавів

Формування недендрітних структур під час затвердіння металевих розплаву впливає на властивості матеріалу, такі як міцність, пластичність, в'язкість і / або твердість.
Ультразвукова зміна зернистої зародки: Акустична кавітація і її інтенсивні зсувні сили збільшують ділянки зародження і кількість ядер в розплаві. Ультразвукова обробка розплавів призводить до гетерогенного зародження та фрагментації дендритів, так що кінцевий продукт показує значно вищу рафінованість зерна.
Ультразвукова кавітація викликає навіть розмивання неметалевих домішок в розплаві. Ці домішки перетворюються на місця зародження, які є вихідними точками затвердіння. Оскільки ці точки зародження випереджають фронту затвердіння, зростання дендритних структур не відбувається.

Інтенсивне ультразвукове дослідження покращує структуру зерен у металевих розплавах і тим самим допомагає відповідати стандартам якості лиття під тиском.

Макроструктура сплаву Ti після ультразвукової обробки. Ультразвукове дослідження призводить до значно уточненої структури зерна.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультразвукове наноструктурування металів і цеолітів є високоефективною технікою для виробництва високопродуктивних каталізаторів.

Доктор Андрєєва-Беймлер, Університет Байройта, працює з ультразвуковим апаратом UIP1000hdT з наноструктурування металів.

Ультразвуковий вплив на твердість сплаву Віккера: ультразвук покращує мікротвердість Віккерса в металі

Ультразвуковий вплив на твердість сплаву Віккера: ультразвук покращує мікротвердість Віккерса в металі
(дослідження та графіка: ©Ruirun et al., 2017)

 
Фрагментація дендритів: Плавлення дендритів зазвичай починається біля кореня через місцевого підвищення температури і сегрегації. Ультразвукова обробка генерує сильну конвекцію (передачу тепла масовим рухом рідини) і ударні хвилі в розплаві, так що дендрити фрагментуються. Конвекція може сприяти фрагментації дендритів через екстремальні місцеві температури, а також коливання складу і сприяє дифузії розчиненої речовини. Кавітаційні ударні хвилі сприяють руйнуванню цих коренів, що плавляться.

Ультразвукова дегазація металевих сплавів

Дегазація - ще один важливий ефект ультразвукової потужності на рідких і напівтвердих металах та сплавах. Акустична кавітація створює змінні цикли низького тиску / високого тиску. Під час циклів низького тиску в рідині або суспензії зустрічаються крихітні бульбашки вакууму. Ці вакуумні бульбашки діють як ядра для утворення водневих і парових бульбашок. Внаслідок утворення більших бульбашок водню бульбашки газу піднімаються. Акустичний потік і струмінь сприяють плаванні цих бульбашок до поверхні та з розплаву, так що газ можна видалити, а концентрація газу в розплаві зменшується.
Ультразвукова дегазація зменшує пористість металу, завдяки чому більша щільність матеріалу у кінцевому металевому сплаві.
Ультразвукова дегазація алюмінієвих сплавів підвищує кінцеву міцність на розрив і пластичність матеріалу. Ультразвукові системи промислової потужності вважаються найкращими серед інших методів дегазації комерціалізації, що стосуються ефективності та часу обробки. Крім того, процес заповнення цвілі поліпшується завдяки більш низькій в'язкості розплаву.
 

Ультразвукове дослідження покращує міцність на стиск металу, плавиться і, таким чином, якість металу значно погіршується.

Компресійні властивості Ti44Al6Nb1Cr2V за різних часів ультразвукової обробки. Ультразвукова обробка значно покращує міцність на стиск.
(дослідження та графіка: ©Ruirun et al., 2017)

Керамічний сонотрод BS4D22L3C - це спеціальний сонотрод, придатний для ультразвукової обробки високотемпературних рідин, таких як розплавлений алюміній (наприклад, для змішування та дегазації). Зроблено Hielscher Ultrasonics

Керамічний сонотрод BS4D22L3C - це спеціальний сонотрод, придатний для ультразвукової обробки високотемпературних рідин, таких як розплавлений алюміній (наприклад, для змішування та дегазації).

Соннокапілярний ефект під час фільтрації

Ультразвуковий капілярний ефект у рідких металах є рушійним ефектом для видалення оксидних включень під час ультразвукової фільтрації розплавів. (Ескін та ін. 2014: 120ff.)
Фільтрація використовується для видалення неметалевих домішок з розплаву. Під час фільтрації розплав пропускає різні сітки (наприклад, скловолокно), щоб відокремити небажані включення. Чим менше розмір сітки, тим краще результат фільтрації.
У звичайних умовах розплав не може пропускати двошаровий фільтр з дуже вузьким розміром пор 0,4-0,4мм. Проте під фільтром, що підтримується ультразвуком, розплав дозволяє пропускати сітчасті пори через синукапілярний ефект. У цьому випадку фільтральні капіляри зберігають навіть неметалічні домішки 1-10 мкм. Через посилену чистоту сплаву утворюється пори водню на оксидах, що підвищує втомну міцність сплаву.
Ескін та співавт. (2014: 120 шт.) Показано, що ультразвукова фільтрація дозволяє очищати алюмінієві сплави AA2024, AA7055 та AA7075 за допомогою багатошарових скловолокнистих фільтрів (до 9 шарів) з 0,6×0Пори сітки 6 мм. Коли процес ультразвукового фільтрації поєднується з додаванням інокулянтів, одержують одночасне подрібнення зерна.

Ультразвукове армування металевих сплавів

Встановлено, що ультразвукове випромінювання є високоефективним при одночасному диспергуванні нано частинок у суспензії. Тому ультразвукові розсіювачі є найпоширенішим устаткуванням для виробництва нано-посилених композитів.
Нано частинки (наприклад, Al2О.3/ SiC, CNT) використовуються як армуючий матеріал. Наночастинки додаються в розплавлений сплав і дисперговані ультразвуковим способом. Акустична кавітація та струмінь покращують дегагломерацію та змочування частинок, що призводить до поліпшення міцності на розрив, в'язкості та подовження.

Ультразвуковий пристрій UIP2000hdT (2кВт) з Cascatrode

Ультразвукове обладнання для важких застосувань

Застосування ультразвуку потужності в металургії вимагає надійних, надійних ультразвукових систем, які можуть бути встановлені в вимогливих середовищах. Hielscher Ultrasonics постачає ультразвукове обладнання промислового класу для установок у важких умовах та грубих середовищах. Всі наші ультразвукові апарати побудовані для роботи 24/7. Ультразвукові системи високої потужності Hielscher поєднуються з надійністю, надійністю та точною керованістю.
Вимоги процесів – наприклад, очищення металевих розплавів – вимагають можливості інтенсивної ультразвукової обробки. Hielscher Ultrasonics промислові ультразвукові процесори забезпечують дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200 мкм можна легко безперервно запускати в режимі 24/7. Для ще більш високих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди.
Для ультразвукової обробки дуже високих температур рідини та розплавів, Hielscher пропонує різні сонотроди та індивідуальні аксесуари для забезпечення оптимальних результатів обробки.
У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, якщо ви хочете отримати додаткову інформацію про гомогенізацію ультразвуку. Ми будемо раді запропонувати вам ультразвукову систему, яка відповідатиме вашим вимогам.









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.




Література / Довідники

  • 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.

Факти варті знати

Ультразвукове живлення та кавітація

Коли високоінтенсивні ультразвукові хвилі з'єднуються у рідини або суспензії, це явище кавітація відбувається
Висока потужність, низькочастотна ультразвукова діагностика викликає утворення кавітаційних бульбашок у рідинах та шлам контрольованим способом. Інтенсивні ультразвукові хвилі створюють чергові цикли низького тиску / високого тиску у рідині. Ці швидкі зміни тиску створюють порожнечі, так звані кавітаційні бульбашки. Ультразвукові індуковані кавітаційні бульбашки можна розглядати як хімічні мікрореактори, що забезпечують високу температуру та тиск у мікроскопічному масштабі, де утворюються активні речовини, такі як вільні радикали з розчинених молекул. У контексті хімії матеріалу ультразвукова кавітація має унікальний потенціал локального каталізування реакцій високої температури (до 5000 К) та високого тиску (500 атм), тоді як система залишається макроскопічно при кімнатній температурі та навколишньому тиску. (див. Скорб, Андрєєва 2013 року)
Ультразвукові процедури в основному засновані на кавітаційних ефектах. Для металургії ультразвукова обробка є дуже вигідною технікою для поліпшення лиття металів і сплавів.
Окрім обробки металевих розплавів, ультразвукова обробка також використовується для створення губчастих наноструктур та нановізерунків на твердих металевих поверхнях, таких як титан та сплави. Ці ультразвуково наноструктуровані деталі титану та сплаву демонструють велику потужність як імплантати з посиленою проліферацією остеогенних клітин. Дізнайтеся більше про ультразвукове наноструктурування титанових імплантатів!

Ми будемо раді обговорити ваш процес.

Давайте зв'яжемося.