- Desgasificación por ultrasonidos de metales fundidos hasta 2.300°C y vidrio fundido
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- Sialon Ceramics Sweden AB, Lila Kungsgatan 2, SE-411 08 Göteborg, Suecia
Artículo sobre el tratamiento en el sumidero que da lugar a tochos y losas sin microsegregación.
Por Nico van Dongen MBA
Refinamiento del grano por ultrasonidos:
Lafundición directa en frío es el método semicontinuo más utilizado para fabricar lingotes rectangulares o cilíndricos de metales no ferrosos, en particular aluminio, cobre, metales de magnesio y aleaciones. El proceso utiliza un molde refrigerado por agua con el fondo abierto. El metal fundido se vierte en el molde, donde la capa exterior se solidifica adoptando la forma del molde y reteniendo el metal fundido en su centro. Cuando el lingote sale de la matriz, se rocía agua directamente sobre la superficie del lingote, completando el proceso de solidificación.
Segregación de la línea central
En la fundición de CC, la segregación en la línea central (macrosegregación) es un problema crítico. En esta región, pueden producirse divergencias significativas con respecto a la composición nominal de la aleación, lo que provoca variaciones considerables en las propiedades mecánicas. Hay varios mecanismos implicados. Entre ellos se encuentran la convección, el flujo inducido por la contracción, la sedimentación del grano y la acumulación de cristales sólidos. El patrón general de macrosegregación depende de las contribuciones relativas de estos mecanismos.
Hasta hace poco, el efecto del tratamiento ultrasónico de la fusión en la segregación de la línea central no se había explorado completamente. En general, la cavitación ultrasónica y el flujo acústico contribuyen a la redistribución de los diversos elementos que intervienen en la segregación de la línea central y ciertamente la debilitan, aunque sin eliminarla necesariamente.
Un problema importante de los tratamientos ultrasónicos convencionales que utilizan la tecnología de frecuencia fija es la formación de ondas estacionarias que se cree que impiden la eliminación de la segregación de la línea central. Para superar este problema, hemos desarrollado recientemente un tratamiento ultrasónico de frecuencia múltiple. Esto elimina las ondas estacionarias y puede eliminar la segregación de la línea central a escala industrial.
"Una ventaja importante de la fundición en frío directa es que la solidificación se produce en una capa estrecha y es relativamente fácil de controlar a nivel macro. Sin embargo, existen problemas importantes que hay que superar, sobre todo en cuanto a la microsegregación y la estructura del grano. Un enfoque para gestionar estos fenómenos es utilizar el tratamiento por ultrasonidos durante la solidificación. El proceso implica la introducción de uno o más sonotrodos en la masa fundida, y la energía ultrasónica proporciona importantes beneficios para la desgasificación, la reducción de la microsegregación y el refinamiento de la estructura del grano"
Nico van Dongen, director de proyectos de desgasificación por ultrasonidos, microaleación y refinamiento del grano.
Desgasificación ultrasónica en aluminio fundido.
La porosidad del gas es un defecto crítico en las fundiciones de aluminio. La porosidad degrada las propiedades mecánicas, incluida la resistencia a la fatiga. Se produce cuando la concentración de gas supera su solubilidad en el metal. En el aluminio, el principal gas es el hidrógeno. Éste se forma por una reacción química entre el metal líquido y el vapor de agua atmosférico que produce alúmina y gas hidrógeno. El hidrógeno es más soluble en el líquido que en el sólido, por lo que se precipita del líquido durante la solidificación creando porosidad. Por tanto, para conseguir una fundición de alta calidad, el hidrógeno disuelto debe eliminarse del metal fundido antes de que se solidifique.
Aunque existen varios métodos para conseguirlo, la desgasificación por ultras onidos del aluminio fundido tiene muchas ventajas, como su coste relativamente bajo y su mínimo impacto medioambiental. El proceso consiste en introducir ondas ultrasónicas en la masa fundida. Principalmente, cuando la onda ultrasónica se propaga a través de la masa fundida, se generan burbujas de cavitación. El gas disuelto se difunde entonces en estas burbujas, que suben a la superficie y escapan al medio ambiente.
Refinamiento de grano por ultrasonidos
Idealmente, se prefiere una estructura de grano fino no dendrítico en la que los granos son equiáxicos (con dimensiones iguales en todas las direcciones). Esta estructura reduce la contracción y el desgarro en caliente, al tiempo que proporciona una distribución más uniforme de las fases secundarias y la microporosidad. El resultado global es una mejora de las propiedades mecánicas.
Se emplean muchos métodos de refinamiento del grano, cuyo objetivo común es aumentar el número de núcleos por nucleación heterogénea.
El refinamiento de grano por ultrasonidos en el aluminio fundido, que consiste en introducir en la masa fundida ondas acústicas con una frecuencia superior a 17 kHz, induce ondas de compresión y expansión que pueden formar cavidades; un fenómeno conocido como cavitación. Cuando las cavidades se colapsan, se produce un intenso calentamiento que da lugar a zonas localizadas de alta presión. Los efectos de la cavitación incluyen la nucleación heterogénea, la fragmentación asistida por la cavitación y la multiplicación de los granos, el transporte de dendritas y la mezcla intensa.
El efecto de la energía ultrasónica en el refinamiento del grano depende críticamente de la frecuencia y la amplitud de la energía ultrasónica aplicada.