Ga naar de inhoud

Ultrasone ontgassing van gesmolten aluminium

Zink, magnesium, koper, messing, brons en ijzerlegeringen tot 1.800 °C

Wat is ultrasone cavitatie?

Ultrasone behandeling van metaalsmelt kan de eigenschappen van gietstukken aanzienlijk verbeteren, met name hun microstructuur en mechanische eigenschappen. Recente verfijningen van de techniek, waarbij gebruik wordt gemaakt van gepatenteerde ultrasone technologie, bieden aanzienlijke voordelen voor het industriële continu-gieten. Ze vormen een alternatief voor argonontgassing, maken de vervanging van standaard additieven in de masterlegering mogelijk en zorgen voor aanzienlijke verbeteringen in de microstructuur.

Hier zullen we ingaan op de mechanismen die ten grondslag liggen aan de interacties tussen ultrasone golven en vloeibaar metaal, en met name hoe deze van toepassing zijn op ultrasoon ontgassen en korrelverfijning. Tot slot zullen we kort ingaan op de toepassing van onze ultrasone technologie bij industrieel continu gieten. 

Wanneer ultrasone energie wordt toegepast op vloeistoffen, waaronder water en vloeibare metalen, kan dit cavitatie veroorzaken: de vorming van microbellen van damp als gevolg van snelle energieveranderingen. Dergelijke bellen, of holtes, ontstaan wanneer de druk wordt verlaagd tot onder de verzadigde dampdruk van de vloeibare fase; vervolgens storten ze snel in of imploderen ze onder hoge druk, waarbij een schokgolf ontstaat en aanzienlijke energie wordt afgevoerd.

Cavitatie wordt versterkt wanneer er nucleatiecentra aanwezig zijn; dit zijn doorgaans microbellen en onzuiverheden.

Bij het gieten van aluminium en aluminiumlegeringen kan de aanwezigheid van waterstof, meestal in atomaire vorm, leiden tot porositeitsproblemen in het eindproduct. Om dit te verhelpen, wordt vaak een ontgassingsproces toegepast. Bij één van de methoden wordt een inert gas, zoals argon, in de smelt geïnjecteerd, waardoor belletjes ontstaan waarin waterstof diffundeert en moleculaire waterstof vormt.

blog-details-img02 Ultrasone ontgassing van gesmolten aluminium

Enkele resultaten:

    • Verbeterde homogenisatie van metaal, korrelverfijning en het mengen van nieuwe legeringen.
    • Uitstekende resultaten met ultrasone ontgassingstechnologie (defragmentatie en bevochtigde insluitsels)
    • Uitstekende resultaten na het trillen ‘in de opvangbak’ van een verticale Wagstaff DC-gietmachine.
    • Uitstekende resultaten op een continu-gietlijn van Bruno Presezzi.
    • Verbeterde microkristallisatie en legeringseigenschappen bij het gieten.
    • Vermindering van de wrijving bij een bewerking (bijv. gieten, trekken, extruderen, vormen).
    • Verbeterde oppervlakteafwerking.

Lagere milieukosten, verbeterde efficiëntie

De gasbellen stijgen naar het oppervlak en worden afgevoerd. Een alternatieve methode bestaat erin de smelt aan verlaagde druk bloot te stellen, maar beide processen hebben nadelen op milieu- en economisch vlak.

Tijdens het ultrasoon ontgassen van gesmolten aluminium vormen de microbellen die tijdens de lagedrukcyclus ontstaan, kiemen voor de vorming van waterstofbellen. In wezen diffundeert waterstof naar deze bellen. Met behulp van door ultrasone trillingen opgewekte akoestische stroming en stromingen stijgen de waterstofbellen op naar het smeltoppervlak en worden ze afgevoerd.

Dit proces biedt tal van voordelen ten opzichte van de traditionele methoden, waaronder lagere milieukosten en een hogere efficiëntie. Door effectieve ultrasone ontgassingvan gesmolten aluminium wordt de porositeit van het gietstuk verminderd, waardoor zowel de sterkte als de ductiliteit toenemen.