Traitement par ultrasons des métaux fondus

Traitement par ultrasons des métaux fondus

Le traitement par ultrasons puissants des métaux fondus consiste à appliquer des vibrations ultrasoniques à la masse fondue pendant ou avant la solidification pour contrôler sa microstructure et ses propriétés. Par rapport aux techniques traditionnelles de modification d’inoculation, cette méthode contrôle et affine la microstructure solidifiée. Il évite la contamination de l'environnement et des matériaux, ce qui en fait une méthode efficace pour obtenir des pièces moulées présentant d'excellentes microstructures et propriétés, et une approche clé pour libérer le potentiel des matériaux de haute technologie.

La cavitation ultrasonique conduit au mouillage uniforme des impuretés non métalliques dans la masse fondue. Ces impuretés deviennent des sites de nucléation, point de départ de la solidification. Puisque ces sites de nucléation se produisent avant le front de solidification, la croissance dendritique n’est pas déclenchée. Fracture dendritique : La fusion dendritique commence généralement à la racine en raison d’une augmentation localisée de la température et d’une ségrégation. Le traitement par ultrasons (UST) génère une convection intense (transfert de chaleur via un mouvement de masse) et des ondes de choc dans la masse fondue, provoquant la fracture de la structure dendritique. En raison de changements localisés de température et de composition, la convection peut favoriser la rupture des dendrites et la concentration du soluté. Les ondes de choc de cavitation facilitent la fissuration des racines fondues.

Le dégazage est une autre fonction importante des ultrasons de puissance pour les métaux et alliages liquides et semi-solides. Le dégazage par ultrasons réduit la porosité des métaux, ce qui entraîne une densité de matériau plus élevée dans le produit final en métal/alliage. Le dégazage par ultrasons des métaux améliore la résistance à la traction et la ductilité du matériau. En termes d'efficacité et d'efficience de traitement, les systèmes industriels à ultrasons de puissance surpassent les autres méthodes de dégazage commerciales. De plus, le processus de remplissage du moule est amélioré en raison de la viscosité à l'état fondu relativement faible.

Principe : Le système de traitement ultrasonique de la fonte métallique se compose de deux parties : un composant vibrant ultrasonique et un générateur ultrasonique. Le composant vibrant ultrasonique génère des vibrations ultrasoniques, comprenant principalement un transducteur ultrasonique, un transformateur d'amplitude ultrasonique et une tête d'outil, et transmet cette énergie vibratoire dans le métal en fusion.

Le transducteur convertit l'énergie électrique d'entrée en énergie mécanique, c'est-à-dire en ondes ultrasonores. Cela se manifeste par le transducteur effectuant un mouvement alternatif longitudinal, avec une amplitude généralement de l’ordre de quelques micromètres. Une telle densité de puissance en amplitude est insuffisante et ne peut pas être utilisée directement. Le transformateur d'amplitude ultrasonique amplifie l'amplitude ultrasonique selon les exigences de conception, isole le métal fondu du transfert de chaleur et sert également à fixer l'ensemble du système de vibration ultrasonique. La tête d'outil ultrasonique est reliée au transformateur d'amplitude, qui transmet la vibration d'énergie ultrasonique à la tête d'outil, qui émet ensuite l'énergie ultrasonique dans le métal en fusion.

Pendant le processus de refroidissement ou de pressage par vibration, le métal en fusion reçoit des ondes ultrasonores, provoquant des changements significatifs dans la structure de ses grains cristallins, améliorant ainsi diverses propriétés physiques du métal.

Fonctions : affine les grains métalliques, homogénéise la composition du métal fondu et de l'alliage, améliore considérablement la résistance et la résistance à la fatigue des matériaux de coulée et améliore les performances globales des matériaux.

Caractéristiques : Le système de traitement par ultrasons des métaux fondus ne modifie pas les équipements et processus de production existants et est facile à installer et à utiliser. Le système de traitement ultrasonique des métaux fondus peut être utilisé pour le traitement ultrasonique des métaux, le raffinement ultrasonique des grains, la solidification ultrasonique des métaux, la coulée continue ultrasonique, etc.

Applications : appliqué aux domaines de coulée à refroidissement continu tels que la coulée par gravité et la coulée à basse pression de métaux légers, par exemple la coulée de plaques d'alliage d'aluminium et d'alliage de magnésium, la coulée de moules, etc.