- Degassificazione a ultrasuoni di metalli fusi fino a 2.300°C e vetro fuso
- Lunedì - venerdì: 09:00 - 19:00
- Sialon Ceramics Sweden AB, Lila Kungsgatan 2, SE-411 08 Göteborg, Svezia
Articolo sul trattamento in pozzetto con conseguente produzione di billette e lastre senza microsegregazione.
Da Nico van Dongen MBA
Affinamento dei grani a ultrasuoni:
Lacolata diretta a freddo è il metodo semicontinuo più comune usato per fabbricare lingotti rettangolari o cilindrici di metalli non ferrosi, in particolare alluminio, rame, metalli e leghe di magnesio. Il processo utilizza uno stampo raffreddato ad acqua con un fondo aperto. Il metallo fuso viene versato nello stampo, dove lo strato esterno si solidifica prendendo la forma dello stampo e trattenendo il metallo fuso al suo centro. Quando il lingotto emerge dallo stampo, l'acqua viene spruzzata direttamente sulla superficie del lingotto, completando il processo di solidificazione.
Segregazione della linea centrale
Nella colata in corrente continua, la segregazione centrale (macrosegregazione) è un problema critico. In questa regione, può verificarsi una divergenza significativa dalla composizione nominale della lega, che porta a notevoli variazioni nelle proprietà meccaniche. Sono coinvolti vari meccanismi. Questi includono la convezione, il flusso indotto dal ritiro, la sedimentazione dei grani e l'accumulo di cristalli solidi. Il modello complessivo di macrosegregazione dipende dai contributi relativi di questi meccanismi.
Fino a poco tempo fa, l'effetto del trattamento ultrasonico della fusione sulla segregazione della linea centrale non era stato completamente esplorato. In generale, la cavitazione ultrasonica e il flusso acustico aiutano a ridistribuire i vari elementi coinvolti nella segregazione della linea centrale e certamente la indeboliscono, senza necessariamente eliminarla.
Un problema significativo con i trattamenti ultrasonici convenzionali che utilizzano la tecnologia a frequenza fissa è la formazione di onde stazionarie che si pensa impediscano l'eliminazione della segregazione della linea centrale. Per superare questo problema, abbiamo recentemente sviluppato un trattamento ultrasonico a frequenza multipla. Questo elimina le onde stazionarie e può eliminare la segregazione della linea centrale su scala industriale.
"Un vantaggio significativo della colata a freddo diretta è che la solidificazione avviene in uno strato stretto ed è relativamente facile da controllare a livello macro. Tuttavia, ci sono problemi significativi da superare, in particolare in termini di microsegregazione e struttura dei grani. Un approccio per gestire questi fenomeni è quello di utilizzare il trattamento a ultrasuoni durante la solidificazione. Il processo comporta l'introduzione di uno o più sonotrodi nella massa fusa, e l'energia ultrasonica fornisce vantaggi significativi per il degassamento, la riduzione della microsegregazione e l'affinamento della struttura dei grani".
Nico van Dongen, project manager degassificazione a ultrasuoni, microlegatura e affinamento dei grani.
Degassamento a ultrasuoni in alluminio fuso.
La porosità del gas è un difetto critico nelle fusioni di alluminio. La porosità degrada le proprietà meccaniche, compresa la resistenza alla fatica. Si verifica quando la concentrazione di gas supera la sua solubilità nel metallo. Nell'alluminio il gas principale è l'idrogeno. Questo si forma da una reazione chimica tra il metallo liquido e il vapore acqueo atmosferico che produce allumina e idrogeno gassoso. L'idrogeno è più solubile nel liquido che nel solido, quindi precipita fuori dal liquido durante la solidificazione creando porosità. Quindi, per ottenere una colata di alta qualità, l'idrogeno disciolto deve essere rimosso dal metallo fuso prima che si solidifichi.
Mentre sono disponibili vari metodi per ottenere questo risultato, il degassamento a ultrasuoni nell'alluminio fuso ha molti vantaggi, tra cui il costo relativamente basso e il minimo impatto ambientale. Il processo comporta l'introduzione di onde ultrasoniche nella massa fusa. Principalmente, quando l'onda ultrasonica si propaga attraverso la massa fusa, si generano delle bolle di cavitazione. Il gas disciolto si diffonde in queste bolle che salgono in superficie e si disperdono nell'ambiente.
Raffinazione a ultrasuoni del grano
Idealmente, è preferibile una struttura a grana fine non dendritica in cui i grani sono equidistanti (con dimensioni uguali in tutte le direzioni). Tale struttura riduce il restringimento e lo strappo a caldo, fornendo al contempo una distribuzione più uniforme delle fasi secondarie e della microporosità. Il risultato complessivo è un miglioramento delle proprietà meccaniche.
Vengono impiegati molti metodi di affinamento dei grani, il cui scopo comune è quello di aumentare il numero di nuclei per nucleazione eterogenea.
La raffinazione ultrasonica dei grani nell'alluminio fuso, che comporta l'introduzione di onde acustiche con una frequenza superiore a 17 kHz nella massa fusa, induce onde di compressione ed espansione che possono formare cavità; un fenomeno noto come cavitazione. Quando le cavità collassano, si verifica un intenso riscaldamento, con conseguenti zone di alta pressione localizzate. Gli effetti della cavitazione includono la nucleazione eterogenea, la frammentazione assistita da cavitazione e la moltiplicazione dei grani, il trasporto di dendriti e l'intensa miscelazione.
L'effetto dell'energia ultrasonica sull'affinamento dei grani dipende criticamente dalla frequenza e dall'ampiezza dell'energia ultrasonica applicata.