Trattamento ad ultrasuoni dei metalli fusi

Trattamento ad ultrasuoni dei metalli fusi

Il trattamento ad ultrasuoni di potenza dei metalli fusi prevede l'applicazione di vibrazioni ultrasoniche alla fusione durante o prima della solidificazione per controllarne la microstruttura e le proprietà. Rispetto alle tradizionali tecniche di modifica dell'inoculazione, questo metodo controlla e affina la microstruttura solidificata. Evita la contaminazione ambientale e dei materiali, rendendolo un metodo efficace per ottenere getti con microstruttura e proprietà eccellenti e un approccio chiave per sbloccare il potenziale dei materiali high-tech.

La cavitazione ultrasonica porta alla bagnatura uniforme delle impurità non metalliche nella massa fusa. Queste impurità diventano siti di nucleazione, il punto di partenza della solidificazione. Poiché questi siti di nucleazione si verificano prima del fronte di solidificazione, la crescita dendritica non viene innescata. Frattura dendritica: la fusione dendritica inizia tipicamente alla radice a causa dell'aumento di temperatura localizzato e della segregazione. Il trattamento ad ultrasuoni (UST) genera un'intensa convezione (trasferimento di calore tramite movimento di massa) e onde d'urto nella fusione, causando la frattura della struttura dendritica. A causa della temperatura localizzata e dei cambiamenti compositivi, la convezione può favorire la rottura dei dendriti e la concentrazione del soluto. Le onde d'urto di cavitazione facilitano la rottura delle radici fuse.

Il degasaggio è un'altra importante funzione degli ultrasuoni di potenza per metalli e leghe liquidi e semisolidi. Il degasaggio ad ultrasuoni riduce la porosità dei metalli, con conseguente maggiore densità del materiale nel prodotto finale in metallo/lega. Il degasaggio ad ultrasuoni dei metalli migliora la resistenza alla trazione e la duttilità del materiale. In termini di efficacia ed efficienza di elaborazione, i sistemi a ultrasuoni di potenza industriale superano altri metodi di degasaggio commerciali. Inoltre, il processo di riempimento dello stampo risulta migliorato grazie alla viscosità del fuso relativamente bassa.

Principio: il sistema di lavorazione della fusione metallica ad ultrasuoni è costituito da due parti: un componente vibrante ad ultrasuoni e un generatore di ultrasuoni. Il componente vibrante ad ultrasuoni genera vibrazioni ultrasoniche, comprendenti principalmente un trasduttore ultrasonico, un trasformatore di ampiezza ultrasonica e una testa dell'utensile, e trasmette questa energia vibrazionale nel metallo fuso.

Il trasduttore converte l'energia elettrica in ingresso in energia meccanica, cioè onde ultrasoniche. Ciò si manifesta con il trasduttore che effettua un movimento alternativo longitudinale, con un'ampiezza tipicamente nell'ordine di pochi micrometri. La densità di potenza di tale ampiezza è insufficiente e non può essere utilizzata direttamente. Il trasformatore di ampiezza ultrasonica amplifica l'ampiezza ultrasonica in base ai requisiti di progettazione, isola il metallo fuso dal trasferimento di calore e serve anche a fissare l'intero sistema di vibrazione ultrasonica. La testa dell'utensile ad ultrasuoni è collegata al trasformatore di ampiezza, che trasmette la vibrazione dell'energia ultrasonica alla testa dell'utensile, che quindi emette l'energia ultrasonica nel metallo fuso.

Durante il processo di raffreddamento o pressatura tramite vibrazione, il metallo fuso riceve onde ultrasoniche, causando cambiamenti significativi nella struttura del grano cristallino, migliorando così varie proprietà fisiche del metallo.

Funzioni: affina la grana del metallo, omogeneizza la composizione del metallo fuso e delle leghe, migliora significativamente la forza e la resistenza alla fatica dei materiali di fusione e migliora le prestazioni complessive dei materiali.

Caratteristiche: Il sistema di trattamento ad ultrasuoni del metallo fuso non modifica le apparecchiature e i processi di produzione esistenti ed è facile da installare e utilizzare. Il sistema di trattamento ad ultrasuoni del metallo fuso può essere utilizzato per il trattamento ad ultrasuoni dei metalli, l'affinamento del grano ad ultrasuoni, la solidificazione dei metalli ad ultrasuoni, la colata continua ad ultrasuoni, ecc.

Applicazioni: applicato ai campi di colata a raffreddamento continuo come la fusione a gravità e la fusione a bassa pressione di metalli leggeri, ad esempio fusione di piastre in leghe di alluminio e lega di magnesio, fusione in stampi, ecc.