Refinamiento de grano de fundidos metálicos ultrasónicos

Vista general del dispositivo

El equipo ultrasónico para fundición de metales se utiliza principalmente para eliminar impurezas, eliminar burbujas, refinar la estructura de grano y mejorar la calidad de la fundición. Se trata de una técnica limpia y relativamente eficiente. La porosidad sigue siendo uno de los principales defectos en las piezas fundidas de aleaciones de aluminio, ya que afecta tanto a las propiedades mecánicas como a la integridad de la estanqueidad a presión. La porosidad se produce bien cuando los gases precipitan del metal fundido durante la solidificación, bien cuando el metal líquido no logra compensar los espacios interdendríticos y la contracción volumétrica. Por lo tanto, la eliminación eficaz de burbujas es fundamental para mejorar la calidad de la fundición.

equipo de Fusión de Metal Ultrasónico 20k (Cabeza de Herramienta Cerámica)

equipo de Fusión de Metal Ultrasónico 15k (Cabeza de Herramienta de Aleación de Titanio)

Principio de funcionamiento

1. Efectos térmicos: La acción térmica de las ondas ultrasónicas puede producir dos formas de efectos térmicos: uno es el efecto térmico generado por ondas continuas y el otro es el efecto térmico instantáneo. La combinación de estos efectos intensifica la fricción interna, lo que provoca una absorción parcial de la energía acústica, la cual se convierte en energía del medio, elevando así la temperatura del medio líquido y alterando su viscosidad y fluidez.

2. Efecto de corriente acústica: Cuando las ondas sonoras alcanzan una determinada intensidad, la corriente de chorro inducida por el efecto de corriente acústica circula por todo el metal fundido, generando un patrón de circulación. La corriente acústica representa una combinación de circulación y turbulencia, ejerciendo intensos efectos de vibración y agitación sobre el metal fundido.

3. Efecto de cavitación. La cavitación es un fenómeno físico inducido por ondas ultrasónicas y constituye el mecanismo principal mediante el cual el ultrasonido refina las fundiciones metálicas. Cuando los líquidos se someten a ultrasonidos de alta intensidad, las ondas sonoras que se propagan a través del medio líquido generan ciclos alternados de alta presión (compresión) y baja presión (depresión). Durante los ciclos de baja presión, el ultrasonido intenso genera burbujas de vacío u oquedades dentro del líquido. Al alcanzar un volumen en el que ya no pueden absorber más energía, estas burbujas colapsan violentamente durante los ciclos de alta presión; el colapso instantáneo de burbujas pequeñas genera presiones de hasta decenas de miles de atmósferas, ejerciendo fuerzas de impacto significativas sobre el líquido circundante para lograr efectos de agitación.

Diagrama esquemático de la cavitación

Ventajas del dispositivo

1. El proceso de soldadura es sencillo y fácil de dominar, reduciendo significativamente el consumo de estaño mientras acorta el tiempo de producción y mejora notablemente la eficiencia en condiciones operativas idénticas;

2. Mejora sustancialmente la conductividad del producto, reduce la resistencia del circuito, aumenta el área de contacto y mejora la durabilidad de las herramientas de soldadura por inmersión;

3. Al no requerir fundente ni agentes de limpieza, minimiza la corrosión y evita la contaminación del agua o del aire, eliminando por completo las soldaduras defectuosas y los cortocircuitos.

Parámetro de planta

equipo de Fusión de Metal Ultrasónico 20k (Cabeza de Herramienta Cerámica)

equipo ultrasónico de fusión de metales de 15 kW (con cabezal de herramienta de aleación de titanio)

Demostración experimental

Comparación de cabezales de herramienta fabricados con distintos materiales

El equipo ultrasónico de procesamiento por fusión está equipado con cabezales de herramienta de aleación de titanio de alta resistencia que ofrecen una excelente resistencia a la corrosión y tolerancia a altas temperaturas, con una temperatura máxima de funcionamiento de 1300 °C. Estas herramientas facilitan interacciones intermoleculares más directas y acusadas dentro del material fundido. Además, su instalación es sencilla y no requiere modificaciones en los equipos de producción ni en los flujos de trabajo del cliente.

Cabezal de herramienta de cerámica

Durante la fundición ultrasónica de metales fundidos, el portaherramientas entra en contacto directo con el metal fundido a alta temperatura, transmitiendo ondas ultrasónicas para realizar el tratamiento ultrasónico. En tales condiciones, los efectos combinados de la erosión a alta temperatura y las tensiones térmicas pueden dañar rápidamente los portaherramientas fabricados con materiales convencionales. Los materiales cerámicos, reconocidos por su resistencia a la erosión y al desgaste a altas temperaturas, se han convertido en el material preferido para las cabezas ultrasónicas de herramientas.

Cabeza de herramienta de aleación de titanio

Efecto del metal fundido

1. Eliminación de impurezas: La flotación de inclusiones diminutas en el acero fundido es muy difícil; solo cuando dichas inclusiones se aglomeran se vuelve más factible dicho proceso. Al aplicar ondas ultrasónicas a la solución mediante equipos ultrasónicos para fusión de metales, la onda estacionaria generada por el ultrasonido puede promover eficazmente la separación y la aglomeración de las partículas de inclusiones dentro de la solución.

2. Eliminación de gases: Cuando se introducen vibraciones elásticas de ultrasonidos en el metal fundido, se produce la cavitación; los gases disueltos en el metal líquido migran hacia las cavidades, favoreciendo la formación y el crecimiento continuo de núcleos de burbujas hasta que alcanzan un tamaño suficiente para ser expulsados del metal fundido.

3. Durante la colada continua de aleaciones de aluminio-silicio con grano refinado, el tratamiento ultrasónico puede refinar el grano de la pieza fundida y mejorar la plasticidad y la ductilidad de la aleación, lo que la hace más adecuada para aplicaciones en materiales de construcción y pistones de motores automotrices. La aplicación de ultrasonidos a aleaciones de aluminio fundidas evita la formación de inclusiones de óxido y refina su microestructura.

4. Mejora la calidad de los palanquines colados actuando sobre el molde, mejorando la calidad superficial de las piezas coladas. Adecuado para palanquines cuadrados pequeños, palanquines cuadrados grandes y palanquines planos; la vibración ultrasónica no requiere deslizamiento negativo. La aplicación de vibración ultrasónica al molde durante la colada de palanquines cuadrados pequeños y palanquines cuadrados grandes produce superficies de colada lisas.

Experimento de Refinamiento de Grano

Paso 1: Calentar el bloque de aluminio hasta que se funda	Paso 2: Tratamiento ultrasónico
Paso 3: Calidad final del lingote de aluminio	Paso 4: Superficie de la punta cerámica de nitruro de silicio

Resultados experimentales observados bajo microscopio electrónico

Lugar del experimento