Може ли ултразвучна технологија рафинирати метална зрна?

Може ли ултразвучна технологија рафинирати метална зрна?

Ултразвучна технологија заиста може ефикасно да рафинише метална зрна.

Ово је веома ефикасна и чиста техника физичког рафинирања зрна која значајно побољшава микроструктуру метала током очвршћавања или обраде применом високофреквентних вибрација, чиме се побољшавају механичка својства материјала.

Основни принцип : два кључна ефекта

Ултразвучно пречишћавање зрна првенствено се постиже кроз следећа два основна физичка ефекта:

Ефекат кавитације: Када се ултразвук шири у течном металу, ствара безброј сићушних мехурића (кавитационих мехурића). Ови мехурићи брзо расту, осцилују и на крају колабирају под утицајем звучних таласа. У тренутку када се мехурићи сруше, на микроскопској скали се стварају високе температуре до 10⁴К и ударни таласи од 10⁴МПа. 

Ова екстремна енергија ће:

Разбити растуће грубе дендрите.

Повећати места нуклеације: ударни таласи активирају ситне честице нечистоћа у топљењу, чинећи их ефикасним језгром кристализације; истовремено, локализовано суперхлађење које настаје када се мехурићи кавитације колабирају такође промовише формирање бројних кристалних језгара.

Ефекат аудиотока: Када се ултразвук шири у топљени, он формира стабилан акустични ток (тј. млаз течности и циркулација). Овај ефекат акустичног протока нуди неколико предности: Хомогенизација: брзина акустичног струјања може да достигне 10 до 1000 пута брзину топлотне конвекције растопа, снажно мешајући растоп и чинећи поља температуре и састава уједначенијим.

Нуклеатна дисперзија: Фина зрна разбијена ефектом кавитације равномерно су дисперзована по топљењу.

Промовисана нуклеација: Акустични ток чисти површину честица, повећавајући рад нуклеације.

Фрактура од замора: Недавна истраживања показују да чак и под ултразвуком ниског интензитета без кавитације, сам ефекат акустичног протока може да генерише приближно 3000 високофреквентних удара на дендрите током очвршћавања, узрокујући лом од замора и на тај начин рафинишући зрна.

Ултразвучна технологија за пречишћавање зрна има широку примену, првенствено покривајући следећа поља:

Ливење: Ултразвучна обрада пре изливања растопљеног метала или током очвршћавања је најраширенија примена.

Производња адитива (3Д штампа): У производњи адитива ласером или електронским снопом, ултразвучна помоћ може значајно да оплемени зрна нанесеног слоја, побољшавајући механичка својства.

Заваривање: Примена ултразвучне вибрације током заваривања може побољшати зрна у зони завара, побољшавајући квалитет споја.

Електроталожење: У процесима галванизације или електроформирања, ултразвучна поља се могу користити за пречишћавање зрна нанесеног слоја, на пример, у припреми фино зрнасте бакарне фолије.

Површинска обрада: Технике као што је ултразвучно ваљање користе високофреквентне механичке вибрације да изазову озбиљне пластичне деформације на површини материјала, постижући нано-зрнасто префињеност површинског слоја.

Резиме: У закључку, ултразвучна технологија, кроз синергистички ефекат кавитације и акустичног тока, може ефикасно разбити дендрите, повећати места нуклеације и хомогенизовати растоп, чиме се значајно рафинишу метална зрна. Ова технологија има широк спектар примена, ефикасна је за различите метале и легуре и постала је кључни процес за побољшање својстава металних материјала.

Параметар	утицај	референца
Повер	Одредите тачност и дубину обраде	Снага се креће од 200В до преко 2500В. На пример, за легуру алуминијума 7050, ефекат пречишћавања је бољи на 200В, а ефикасност отплињавања је већа на 240В.
Фрефуенци	Утиче на интензитет ефекта кавитације	Генерално, најбољи резултати се постижу унутар нискофреквентног опсега од 17-22 кХз, посебно за ултразвучне таласе ниске фреквенције и високог интензитета у опсегу 15-20 кХз.
Време процеса	Постоји оптимална вредност.	Прекратко време неће постићи добре резултате, док предуго може довести до грубости зрна или поврата порозности. На пример, легура 7050 најбоље функционише када се третира 90 секунди.
Температура топљења	Утиче на вискозитет растопа, растворљивост водоника и интензитет кавитације	Постоји оптималан температурни опсег, а одговарајућа температура медија је погодна за побољшање ефекта обраде.
Запремина топљења	Снага мора бити усклађена са запремином растопа.	За растопљене материјале великих размера може бити потребно више сонди или већа снага, или се чак може користити бесконтактна ултразвучна технологија да би се обезбедио исход обраде.
Величина / облик рога	Утиче на дистрибуцију ултразвучног поља	Алати са мањим крајњим површинама (као што је Φ10мм) имају бољи ефекат префињености.