Ultrazvuková úprava roztavených kovů

Ultrazvuková úprava roztavených kovů

Ošetření roztavených kovů ultrazvukem zahrnuje aplikaci ultrazvukových vibrací na taveninu během nebo před tuhnutím, aby se řídila její mikrostruktura a vlastnosti. Ve srovnání s tradičními technikami modifikace inokulace tato metoda kontroluje a zjemňuje ztuhlou mikrostrukturu. Zabraňuje kontaminaci životního prostředí a materiálu, což z něj činí efektivní metodu pro získávání odlitků s vynikající mikrostrukturou a vlastnostmi a klíčový přístup k uvolnění potenciálu high-tech materiálů.

Ultrazvuková kavitace vede k rovnoměrnému smáčení nekovových nečistot v tavenině. Tyto nečistoty se stávají nukleačními místy, výchozím bodem tuhnutí. Protože se tato nukleační místa vyskytují před frontou tuhnutí, dendritický růst není spuštěn. Dendritické lomy: Tavení dendritů obvykle začíná u kořene v důsledku lokalizovaného nárůstu teploty a segregace. Ultrazvukové ošetření (UST) generuje intenzivní konvekci (přenos tepla pohybem hmoty) a rázové vlny v tavenině, které způsobují praskání dendritické struktury. V důsledku lokalizovaných změn teploty a složení může konvekce podporovat lámání dendritů a koncentraci rozpuštěných látek. Kavitační rázové vlny usnadňují praskání roztavených kořenů.

Odplynění je další důležitou funkcí výkonového ultrazvuku pro kapalné a polotuhé kovy a slitiny. Ultrazvukové odplynění snižuje poréznost kovů, což má za následek vyšší hustotu materiálu v konečném produktu z kovu/slitiny. Ultrazvukové odplynění kovů zlepšuje konečnou pevnost v tahu a tažnost materiálu. Pokud jde o účinnost a efektivitu zpracování, průmyslové výkonové ultrazvukové systémy překonávají ostatní komerční odplyňovací metody. Kromě toho je proces plnění formy zlepšen díky relativně nízké viskozitě taveniny.

Princip: Ultrazvukový systém zpracování taveniny kovů se skládá ze dvou částí: ultrazvukové vibrační součásti a ultrazvukového generátoru. Ultrazvuková vibrační součást generuje ultrazvukové vibrace – hlavně včetně ultrazvukového měniče, ultrazvukového amplitudového transformátoru a nástrojové hlavy – a přenáší tuto vibrační energii do roztaveného kovu.

Převodník přeměňuje vstupní elektrickou energii na mechanickou energii, tj. ultrazvukové vlny. To se projevuje tak, že měnič vykonává podélný vratný pohyb s amplitudou typicky v rozsahu několika mikrometrů. Taková hustota amplitudového výkonu je nedostatečná a nelze ji přímo použít. Ultrazvukový amplitudový transformátor zesiluje ultrazvukovou amplitudu podle konstrukčních požadavků, izoluje roztavený kov od přenosu tepla a také slouží k fixaci celého systému ultrazvukových vibrací. Ultrazvuková nástrojová hlava je připojena k amplitudovému transformátoru, který přenáší vibrace ultrazvukové energie na nástrojovou hlavu, která následně vyzařuje ultrazvukovou energii do roztaveného kovu.

Během procesu chlazení nebo vibračního lisování roztavený kov přijímá ultrazvukové vlny, což způsobuje významné změny ve struktuře jeho krystalového zrna, čímž se zlepšují různé fyzikální vlastnosti kovu.

Funkce: Zušlechťuje kovová zrna, homogenizuje roztavený kov a složení slitin, výrazně zlepšuje pevnost a odolnost odlévaných materiálů proti únavě a zlepšuje celkový výkon materiálů.

Vlastnosti: Ultrazvukový systém zpracování roztaveného kovu nemění stávající výrobní zařízení a procesy a snadno se instaluje a provozuje. Ultrazvukový systém zpracování roztaveného kovu lze použít pro ultrazvukové zpracování kovů, zušlechťování ultrazvukového zrna, ultrazvukové tuhnutí kovu, ultrazvukové kontinuální odlévání atd.

Aplikace: Aplikuje se na licí pole s kontinuálním chlazením, jako je gravitační lití a nízkotlaké lití lehkých kovů – např. odlévání desek ze slitin hliníku a hořčíku, lití do forem atd.