Metall eritmalarini ultratovush yordamida mayda donali qilish
- Kuchli ultratovush erigan metallar va qotishmalarda struktura hosil qilish, gazsizlantirish va filtrlashni yaxshilash kabi turli foydali taʼsirlarni namoyon etadi.
- Ultratovush bilan ishlov berish suyuq va yarim qattiq metallarda dendritsiz qotishga yordam beradi.
- Ultratovush bilan ishlov berish dendrit donalari va birlamchi intermetall zarrachalar mikrostrukturasini mayda qilishda sezilarli foyda beradi.
- Bundan tashqari, kuchli ultratovushdan metall gʻovakligini kamaytirish yoki mezogʻovak strukturalar hosil qilish uchun maqsadli foydalanish mumkin.
- Va nihoyat, kuchli ultratovush quymalar sifatini yaxshilaydi.
Metall eritmalarining ultratovush yordamida qotishi
Metall eritmalari qotishi davomida dendritsiz strukturalarning hosil boʻlishi materialning mustahkamlik, plastiklik, qovushqoqlik va/yoki qattiqlik kabi xossalariga taʼsir qiladi.
Ultratovush taʼsirida oʻzgargan donalar yadrolanishi: Akustik kavitatsiya va uning kuchli siljish kuchlari eritmadagi yadrolanish markazlarini va yadrolar sonini koʻpaytiradi. Eritmalarga ultratovush bilan ishlov berish geterogen yadrolanishga va dendritlarning parchalanishiga olib keladi, natijada yakuniy mahsulot donalari sezilarli darajada maydaroq boʻladi.
Ultratovush kavitatsiyasi eritmadagi metall boʻlmagan aralashmalarning bir tekis hoʻllanishiga olib keladi. Bu aralashmalar qotish boshlanadigan nuqtalar boʻlgan yadrolanish markazlariga aylanadi. Ushbu yadrolanish nuqtalari qotish frontidan oldinda joylashgani sababli dendrit strukturalarning oʻsishi yuz bermaydi.
Ultratovush bilan ishlov berilgandan keyingi Ti qotishmasining makrostrukturasi. Ultratovush bilan ishlov berish sezilarli darajada mayda donali struktura hosil qiladi.
Bayreuth universitetidan Dr. Andreeva-Bäumler metallarda nanostruktura hosil qilish ustida UIP1000hdT ultratovush qurilmasi bilan ishlamoqda.
Qotishmaning Vickers qattiqligiga ultratovush taʼsiri: ultratovush bilan ishlov berish metallning Vickers mikroqattiqligini yaxshilaydi
(tadqiqot va grafik: ©Ruirun et al., 2017)
Dendritlarning parchalanishi: Dendritlarning erishi odatda haroratning mahalliy koʻtarilishi va segregatsiya tufayli ularning ildizidan boshlanadi. Ultratovush bilan ishlov berish eritmada kuchli konveksiya (suyuqlik massasining harakati orqali issiqlik uzatilishi) va zarba toʻlqinlarini hosil qiladi, natijada dendritlar parchalanadi. Konveksiya nihoyatda yuqori mahalliy haroratlar hamda tarkib oʻzgarishlari tufayli dendritlarning parchalanishiga yordam berishi mumkin va erigan moddaning diffuziyasini kuchaytiradi. Kavitatsiya zarba toʻlqinlari eriyotgan ushbu ildizlarning uzilishiga yordam beradi.
Metall qotishmalarini ultratovush yordamida gazsizlantirish
Gazsizlantirish kuchli ultratovushning suyuq va yarim qattiq metallar hamda qotishmalarga yana bir muhim taʼsiridir. Akustik kavitatsiya navbatma-navbat takrorlanadigan past bosim / yuqori bosim sikllarini hosil qiladi. Past bosim sikllari davomida suyuqlik yoki suspenziyada mayda vakuum pufakchalari paydo boʻladi. Bu vakuum pufakchalari vodorod va bugʻ pufakchalarining hosil boʻlishi uchun yadrolar vazifasini bajaradi. Kattaroq vodorod pufakchalari hosil boʻlishi tufayli gaz pufakchalari yuqoriga koʻtariladi. Akustik oqim va oqim harakati bu pufakchalarning sirtga koʻtarilib, eritmadan chiqishiga yordam beradi, natijada gazni chiqarib tashlash mumkin boʻladi va eritmadagi gaz konsentratsiyasi kamayadi.
Ultratovush yordamida gazsizlantirish metallning gʻovakligini kamaytiradi va shu orqali yakuniy metall / qotishma mahsulotida materialning yuqoriroq zichligiga erishiladi.
Alyuminiy qotishmalarini ultrtratovush yordamida gazsizlantirish materialning choʻzilishdagi chegaraviy mustahkamligini va plastikligini oshiradi. Sanoat uchun kuchli ultratovush tizimlari samaradorlik va ishlov berish vaqti jihatidan boshqa tijoriy gazsizlantirish usullari orasida eng yaxshisi hisoblanadi. Bundan tashqari, eritmaning qovushqoqligi pastroq boʻlgani sababli qolipni toʻldirish jarayoni yaxshilanadi.
Ultratovush bilan ishlov berishning turli davomiyliklarida Ti44Al6Nb1Cr2V ning siqilish xossalari. Ultratovush bilan ishlov berish siqilishdagi mustahkamlikni sezilarli darajada yaxshilaydi.
(tadqiqot va grafik: ©Ruirun et al., 2017)
BS4D22L3C keramik sonotrodi erigan alyuminiy kabi yuqori haroratli suyuqliklarga ultratovush bilan ishlov berish (masalan, aralashtirish va gazsizlantirish) uchun mos boʻlgan maxsus sonotroddir.
Filtrlash paytidagi sonokapillyar taʼsir
Suyuq metallardagi ultratovush kapillyar taʼsiri eritmalarni ultratovush yordamida filtrlash paytida oksid qoʻshilmalarini chiqarib tashlashni taʼminlovchi taʼsirdir. (Eskin et al. 2014: 120ff.)
Filtrlash eritmadan metall boʻlmagan aralashmalarni chiqarib tashlash uchun qoʻllaniladi. Filtrlash davomida keraksiz qoʻshilmalarni ajratish uchun eritma turli toʻrlardan (masalan, shisha tolali toʻrlardan) oʻtadi. Toʻr kataklarining oʻlchami qanchalik kichik boʻlsa, filtrlash natijasi shunchalik yaxshi boʻladi.
Oddiy sharoitlarda eritma gʻovak oʻlchami juda tor, yaʼni 0,4–0,4mm boʻlgan ikki qatlamli filtrdan oʻta olmaydi. Biroq ultratovush yordamida filtrlashda sonokapillyar taʼsir tufayli eritma toʻr gʻovaklaridan oʻta oladi. Bunday holda filtr kapillyarlari hatto 1–10μm oʻlchamdagi metall boʻlmagan aralashmalarni ham ushlab qoladi. Qotishma tozaligi oshgani tufayli oksidlarda vodorod gʻovaklari hosil boʻlishining oldi olinadi, natijada qotishmaning charchashga mustahkamligi oshadi.
Eskin et al. (2014: 120ff.) ultratovush yordamida filtrlash AA2024, AA7055 va AA7075 alyuminiy qotishmalarini katak gʻovaklari 0,6×0,6mm boʻlgan koʻp qatlamli shisha tolali filtrlar (9 tagacha qatlamli) yordamida tozalash imkonini berishini koʻrsatgan. Ultratovush yordamida filtrlash jarayoni inokulyantlar qoʻshish bilan birlashtirilganda, bir vaqtning oʻzida donalarning maydalanishiga erishiladi.
Metall qotishmalarini ultratovush yordamida mustahkamlash
Ultratovush bilan ishlov berish nanozarrachalarni suspenziyalarda bir tekis dispersiyalashda juda samarali ekanligi isbotlangan. Shu sababli ultratovushli disperserlar nanozarrachalar bilan mustahkamlangan kompozitlarni ishlab chiqarishda eng keng tarqalgan uskunalardir.
Nanozarrachalar (masalan, Al2O3/SiC, CNTs) mustahkamlovchi material sifatida ishlatiladi. Nanozarrachalar erigan qotishmaga qoʻshiladi va ultratovush yordamida dispersiyalanadi. Akustik kavitatsiya va oqim harakati zarrachalarning deaglomeratsiyasini hamda hoʻllanuvchanligini yaxshilaydi, natijada choʻzilishdagi mustahkamlik, oquvchanlik chegarasi va uzayish yaxshilanadi.
Ogʻir ish sharoitlari uchun ultratovush uskunalari
Metallurgiyada kuchli ultratovushni qoʻllash murakkab sharoitlarda oʻrnatilishi mumkin boʻlgan mustahkam, ishonchli ultratovush tizimlarini talab qiladi. Hielscher Ultrasonics ogʻir ish sharoitlari va qiyin muhitlarda oʻrnatish uchun sanoat darajasidagi ultratovush uskunalarini yetkazib beradi. Barcha ultratovush qurilmalarimiz 24/7 ishlash uchun yaratilgan. Hielscher yuqori quvvatli ultratovush tizimlari mustahkamlik, ishonchlilik va aniq boshqariluvchanlikni oʻzida birlashtiradi.
Metall eritmalarini mayda donali qilish kabi murakkab jarayonlar kuchli ultratovush bilan ishlov berish imkoniyatini talab qiladi. Hielscher Ultrasonics sanoat ultratovush protsessorlari juda yuqori amplitudalarni taʼminlaydi. 200µm gacha boʻlgan amplitudalarda 24/7 rejimida uzluksiz ishlashni osonlik bilan amalga oshirish mumkin. Yanada yuqoriroq amplitudalar uchun buyurtmaga moslashtirilgan ultratovush sonotrodlari mavjud.
Juda yuqori haroratdagi suyuqliklar va eritmalarga ultratovush bilan ishlov berishda optimal natijalarni taʼminlash uchun Hielscher turli sonotrodlar va buyurtmaga moslashtirilgan aksessuarlarni taklif etadi.
Quyidagi jadval ultratovush qurilmalarimizning taxminiy ishlov berish quvvati haqida maʼlumot beradi:
| Partiya hajmi | Hajmiy oqim tezligi | Tavsiya etiladigan qurilmalar |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | kattaroq | klaster shaklida birlashtirilgan UIP16000 |
Biz bilan bogʻlaning! / Bizdan soʻrang!
Adabiyotlar/Manbalar
- 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.
Bilishga arziydigan maʼlumotlar
Kuchli ultratovush va kavitatsiya
Yuqori intensivlikdagi ultratovush toʻlqinlari suyuqliklar yoki suspenziyalarga uzatilganda, kavitatsiya hodisasi yuz beradi.
Yuqori quvvatli, past chastotali ultratovush suyuqliklar va suspenziyalarda kavitatsiya pufakchalarining boshqariladigan tarzda hosil boʻlishiga olib keladi. Kuchli ultratovush toʻlqinlari suyuqlikda navbatma-navbat takrorlanadigan past bosim / yuqori bosim sikllarini hosil qiladi. Bosimning bu tez oʻzgarishlari kavitatsiya pufakchalari deb ataladigan boʻshliqlarni hosil qiladi. Ultratovush taʼsirida hosil boʻlgan kavitatsiya pufakchalarini mikroskopik miqyosda yuqori harorat va bosimlarni taʼminlaydigan kimyoviy mikroreaktorlar deb hisoblash mumkin; ularda erigan molekulalardan erkin radikallar kabi faol zarrachalar hosil boʻladi. Materiallar kimyosi doirasida ultratovush kavitatsiyasi yuqori haroratli (5000 K gacha) va yuqori bosimli (500atm) reaksiyalarni mahalliy ravishda katalizlashning oʻziga xos imkoniyatiga ega, ayni paytda tizim makroskopik miqyosda xona harorati va atrof-muhit bosimiga yaqin holatda qoladi. (qarang: Skorb, Andreeva 2013)
Ultratovush bilan ishlov berish asosan kavitatsiya taʼsirlariga asoslanadi. Metallurgiyada ultratovush bilan ishlov berish metallar va qotishmalarni quyishni yaxshilash uchun juda foydali usuldir.
Metall eritmalariga ishlov berishdan tashqari, ultratovush bilan ishlov berish titan va qotishmalar kabi qattiq metall sirtlarida gubkasimon nanostrukturalar va nanonaqshlar hosil qilish uchun ham qoʻllaniladi. Ultratovush yordamida nanostrukturalangan ushbu titan va qotishma qismlar osteogen hujayralarning koʻpayishi kuchaygan implantlar sifatida katta salohiyatni namoyon etadi. Titan implantlarida ultratovush yordamida nanostruktura hosil qilish haqida batafsil oʻqing!