Che cos'è il trattamento ad ultrasuoni del metallo fuso in alluminio?

Che cos'è il trattamento ad ultrasuoni del metallo fuso in alluminio?

Il trattamento ad ultrasuoni del metallo fuso dell'alluminio, in poche parole, comporta l'introduzione di onde ultrasoniche ad alta potenza nell'alluminio fuso durante il processo di fusione e fusione dell'alluminio e delle leghe di alluminio. Gli effetti fisici risultanti migliorano significativamente la qualità metallurgica e le proprietà finali del materiale di alluminio.

Questa tecnologia può ottenere più effetti contemporaneamente e ha dimostrato di essere un metodo di trattamento della fusione altamente efficiente e pulito.

Principi fondamentali: il nucleo del trattamento ad ultrasuoni risiede in due effetti fisici chiave che alterano radicalmente la microstruttura dell'alluminio solidificato:

Effetto cavitazione acustica: questo è il meccanismo più importante. Le onde ultrasoniche ad alta potenza si propagano nell'alluminio fuso, generando innumerevoli minuscoli nuclei di bolle. Questi nuclei crescono violentemente, oscillano e persino collassano istantaneamente sotto la pressione alternata positiva e negativa delle onde sonore. Questo processo rimuove l'idrogeno dall'alluminio fuso (le bolle trasportano l'idrogeno fuori dall'alluminio fuso e gli permettono di galleggiare in superficie), mentre le potenti onde d'urto distruggono i dendriti in crescita, aumentando i siti di nucleazione e affinando significativamente la dimensione dei grani.

Effetto flusso acustico: la propagazione delle onde ultrasoniche crea agitazione e flusso macroscopici all'interno dell'alluminio fuso. Questa azione di agitazione può omogeneizzare la composizione della lega, prevenire la segregazione e rendere più uniforme la distribuzione della temperatura e della composizione. Allo stesso tempo, aiuta a spingere le inclusioni non metalliche (come gli ossidi) sulla superficie della massa fusa per facilitarne la rimozione.

classificazione funzionale	Funzioni specifiche	Descrizione ed effetti
1.Affinazione del grano	Affinare notevolmente i cereali	Questa è una delle funzioni più importanti. Le onde d'urto generate dalla cavitazione e l'aumento dei punti di nucleazione possono raffinare efficacemente i grani, riducendo la dimensione del grano da 200-500 micrometri a 20-50 micrometri, con un tasso di raffinazione superiore al 60%.
2. Decarbonizzazione (degassificazione)	Rimozione efficiente dell'idrogeno	L'idrogeno nel liquido di alluminio è la causa principale di pori e porosità. Il trattamento ad ultrasuoni può rimuovere efficacemente l'idrogeno, ridurre il tasso di porosità e aumentare la densità dei getti.
3. Rimozione della polvere (purificazione)	Rimuovere le inclusioni di ossido	L'effetto del flusso acustico può spingere piccole inclusioni sulla superficie del metallo fuso per formare uno strato di scorie, purificando così il liquido di alluminio. Il processo di trattamento combinato può aumentare la pulizia dell'alluminio fuso portandolo al di sotto di 0,1 ml/100 g di Al.
4. Omogeneizzazione dei componenti	Ridurre la segregazione e migliorare l’uniformità	L'effetto agitante accelera la diffusione degli atomi di soluto, riduce la segregazione dei componenti e migliora l'uniformità della struttura.
5. Ridurre le cavità da ritiro	Previene la porosità macroscopica e microscopica	Integrando gli effetti di raffinazione, degasaggio e solidificazione secondaria, è possibile ridurre significativamente i difetti di porosità nel lingotto e migliorarne la densità.
6. Migliorare la seconda fase	Affinare e distribuire uniformemente la seconda fase	Rendere la seconda fase (a rete o a blocco) nella lega più fine, più dispersa e distribuita uniformemente, migliorando così le proprietà meccaniche.
7. Migliorare le proprietà meccaniche	Migliora la resistenza e la plasticità	La grana fine e la riduzione dei difetti migliorano direttamente le proprietà meccaniche. Dopo il trattamento, la resistenza alla trazione può essere aumentata dal 15% al ​​30% e l'allungamento può essere aumentato fino al 28%.
8. Migliora le proprietà di fusione	Migliorare la liquidità e le capacità di contrazione	Il liquido di alluminio trattato ha una migliore fluidità, che gli consente di riempire più efficacemente cavità complesse; viene inoltre migliorata la sua capacità di colata secondaria, che aiuta a ridurre difetti come cavità da ritiro e porosità.
9. diventare verdi e tutelare l'ambiente	Ridurre gli additivi chimici	Può sostituire o ridurre l'uso dei tradizionali agenti chimici di raffinazione (come Al-Ti-B), ridurre la quantità di scorie e emissioni di gas tossici ed è una tecnologia di produzione pulita.

Vantaggi principali e miglioramenti delle prestazioni

Miglioramento significativo delle prestazioni complessive: il tasso di affinamento del grano può superare il 60% - 46% e la resistenza alla trazione è aumentata significativamente del -8. Il trattamento ad ultrasuoni è anche un metodo di lavorazione fisica che non introduce nuove impurità e può migliorare il processo di trattamento delle scorie, rendendolo una tecnologia di lavorazione dell'alluminio rispettosa dell'ambiente.

Confronto con metodi tradizionali: rispetto ai tradizionali agenti chimici di raffinazione (come Al-Ti-B), il trattamento ad ultrasuoni è più rispettoso dell'ambiente; rispetto ai tradizionali metodi di degasaggio come il soffiaggio rotativo, il trattamento combinato ad ultrasuoni può ottenere una maggiore pulizia.

Parametri dell'attrezzatura e influenza del processo (fattori chiave)

L'effetto del trattamento ad ultrasuoni non è costante ma è significativamente influenzato dai seguenti parametri dell'apparecchiatura e dalle condizioni di processo. Deve essere ottimizzato in base ai requisiti specifici.

Parametro	influenza	参考范围
Energia	Determinare la precisione e la profondità di elaborazione	功La potenza varia da 200W a oltre 2500W. Ad esempio, per la lega di alluminio 7050, l'effetto di raffinazione è migliore a 200 W e l'efficienza di degasaggio è maggiore a 240 W.
Frefuenza	Influisce sull'intensità dell'effetto cavitazione	Generalmente, i migliori risultati si ottengono nell'intervallo di bassa frequenza di 17-22 kHz, in particolare per le onde ultrasoniche a bassa frequenza e ad alta intensità nell'intervallo di 15-20 kHz.
Tempo di processo	Esiste un valore ottimale.	Un tempo troppo breve non consentirà di ottenere buoni risultati, mentre un tempo troppo lungo può portare ad un ingrossamento del grano o ad un aumento della porosità. Ad esempio, la lega 7050 funziona meglio se trattata per 90 secondi.
Temperatura di fusione	Influisce sulla viscosità del fuso, sulla solubilità dell'idrogeno e sull'intensità della cavitazione	Esiste un intervallo di temperatura ottimale e una temperatura media adeguata contribuisce a migliorare l'effetto della lavorazione.
Sciogliere il volume	La potenza deve essere adattata al volume della massa fusa.	Per materiali fusi su larga scala, potrebbero essere necessarie più sonde o una potenza maggiore, oppure potrebbe essere impiegata anche la tecnologia a ultrasuoni senza contatto per garantire il risultato della lavorazione.
Dimensioni/forma del corno	Influisce sulla distribuzione del campo ultrasonico	Gli strumenti con aree terminali più piccole (come Φ10 mm) hanno un effetto di rifinitura migliore.

Scenari applicativi tipici:

Ricerca di laboratorio: condotta per studiare il meccanismo dell'azione degli ultrasuoni e sviluppare un nuovo tipo di lega di alluminio.

Colata continua online industriale (colata DC): installa apparecchiature a ultrasuoni su linee di colata continua come la colata hot top e la colata in aria per lavorare l'alluminio fuso in tempo reale e ottenere lingotti di alta qualità.

Tecnologia di fusione speciale: nei campi della formatura semisolida e della preparazione di materiali compositi a base di alluminio, le onde ultrasoniche possono disperdere efficacemente le particelle di rinforzo e perfezionare la struttura semisolida.

Riepilogo

Nel complesso, il trattamento della soluzione di alluminio ad ultrasuoni è una tecnologia di lavorazione della fusione multifunzionale potente ed altamente efficiente. Attraverso i due effetti fisici fondamentali della cavitazione acustica e del flusso acustico, integra l'affinamento del grano, la purificazione del degasaggio e l'omogeneizzazione dei componenti, migliorando significativamente le proprietà meccaniche e la qualità metallurgica dei materiali di alluminio. Essendo una tecnologia ad alte prestazioni e con caratteristiche rispettose dell'ambiente, sta diventando uno dei percorsi tecnici più importanti per l'industria della lavorazione dell'alluminio verso il miglioramento industriale. Soprattutto nei settori dell’alleggerimento automobilistico, dell’aerospaziale e dell’elettronica di consumo di fascia alta, ha ampie prospettive di applicazione.