Tehnologia cu ultrasunete poate rafina boabele de metal?

Tehnologia cu ultrasunete poate rafina boabele de metal?

Tehnologia cu ultrasunete poate rafina într-adevăr în mod eficient boabele de metal.

Aceasta este o tehnică de rafinare a granulelor fizice foarte eficientă și curată, care îmbunătățește semnificativ microstructura metalelor în timpul solidificării sau prelucrării prin aplicarea vibrațiilor de înaltă frecvență, sporind astfel proprietățile mecanice ale materialului.

Principiul de bază : Două efecte cheie

Rafinarea cerealelor cu ultrasunete este realizată în primul rând prin următoarele două efecte fizice de bază:

Efect de cavitație: Când ultrasunetele se propagă în metal lichid, generează nenumărate bule minuscule (bule de cavitație). Aceste bule cresc rapid, oscilează și în cele din urmă se prăbușesc sub influența undelor sonore. În momentul în care bulele se prăbușesc, la scară microscopică sunt generate temperaturi ridicate de până la 10⁴K și unde de șoc de 10⁴MPa. 

Această energie extremă va:

Rupeți dendritele grosiere în creștere.

Creșterea locurilor de nucleare: undele de șoc activează particule minuscule de impurități în topitură, făcându-le nuclee de cristalizare eficiente; simultan, suprarăcirea localizată generată atunci când bulele de cavitație se prăbușesc, de asemenea, promovează formarea a numeroase nuclee de cristal.

Efect Audioflow: Când ultrasunetele se propagă în topitură, formează un flux acustic stabil (adică, jet de fluid și circulație). Acest efect de curgere acustică oferă mai multe beneficii: Omogenizare: viteza de curgere acustică poate atinge de 10 până la 1000 de ori viteza de convecție termică a topiturii, agitând puternic topitura și uniformând câmpurile de temperatură și compoziție.

Dispersia nucleelor: Granulele fine rupte de efectul de cavitație sunt dispersate uniform în întreaga topitură.

Nuclearea promovată: fluxul acustic curăță suprafața particulelor, crescând munca de nucleare.

Fractură de oboseală: Cercetări recente arată că, chiar și sub ultrasunete de intensitate scăzută, fără cavitație, efectul de curgere acustică în sine poate genera aproximativ 3000 de impacturi de înaltă frecvență asupra dendritelor în timpul solidificării, provocând fracturi de oboseală și astfel rafinând boabele.

Tehnologia de rafinare a cerealelor cu ultrasunete are aplicații largi, acoperind în primul rând următoarele domenii:

Turnare: Tratamentul cu ultrasunete înainte de turnarea metalului topit sau în timpul solidificării este cea mai răspândită aplicație.

Fabricare aditivă (Imprimare 3D): În fabricarea aditivă cu laser sau fascicul de electroni, asistența cu ultrasunete poate rafina semnificativ granulele stratului depus, îmbunătățind proprietățile mecanice.

Sudarea: Aplicarea vibrațiilor ultrasonice în timpul sudării poate rafina boabele din zona de sudură, îmbunătățind calitatea îmbinării.

Electrodepunere: În procesele de galvanizare sau electroformare, câmpurile ultrasonice pot fi utilizate pentru a rafina granulele stratului depus, de exemplu, la prepararea foliei de cupru cu granulație fină.

Tratarea suprafeței: Tehnici precum laminarea cu ultrasunete folosesc vibrații mecanice de înaltă frecvență pentru a induce deformare plastică severă pe suprafața materialului, realizând rafinarea nano-granule a stratului de suprafață.

Rezumat: În concluzie, tehnologia cu ultrasunete, prin efectul sinergic al cavitației și al fluxului acustic, poate sparge eficient dendritele, crește locurile de nucleare și omogenizează topitura, rafinând astfel semnificativ boabele de metal. Această tehnologie are o gamă largă de aplicații, este eficientă pentru diferite metale și aliaje și a devenit un proces cheie pentru îmbunătățirea proprietăților materialelor metalice.

Parametru	influenţa	referinţă
Putere	Determinați precizia și adâncimea de procesare	Puterea variază de la 200W la peste 2500W. De exemplu, pentru aliajul de aluminiu 7050, efectul de rafinare este mai bun la 200W, iar eficiența de degazare este mai mare la 240W.
Frecventa	Afectează intensitatea efectului de cavitație	În general, cele mai bune rezultate sunt obținute în intervalul de joasă frecvență de 17-22 kHz, în special pentru undele ultrasonice de joasă frecvență și de mare intensitate în intervalul 15-20 kHz.
Timp de procesare	Există o valoare optimă.	Un timp prea scurt nu va obține rezultate bune, în timp ce un timp prea lung poate duce la îngroșarea cerealelor sau la o revenire a porozității. De exemplu, aliajul 7050 funcționează cel mai bine atunci când este tratat timp de 90 de secunde.
Temperatura de topire	Afectează vâscozitatea topiturii, solubilitatea hidrogenului și intensitatea cavitației	Există un interval de temperatură optim, iar o temperatură medie adecvată este favorabilă îmbunătățirii efectului de procesare.
Volumul de topire	Puterea trebuie să fie potrivită cu volumul topiturii.	Pentru materialele topite la scară mare, pot fi necesare mai multe sonde sau o putere mai mare sau chiar poate fi folosită tehnologia ultrasonică fără contact pentru a asigura rezultatul procesării.
Dimensiunea / forma cornului	Afectarea distribuției câmpului ultrasonic	Uneltele cu zone de capăt mai mici (cum ar fi Φ10mm) au un efect de rafinament mai bun.