- Odgazowywanie ultradźwiękowe stopionych metali o temperaturze do 2 300 °C oraz stopionego szkła
- Od poniedziałku do piątku: 09:00–19:00
- Sialon Ceramics Aps – Østerbrogade 226, lokal tv. – 2100 Kopenhaga – Dania
Tworzymy nowe stopy aluminium o właściwościach stali.
Stopione aluminium mikrostopowane metodą ultradźwiękową
Nasza nowatorska metoda ultradźwiękowej obróbki stopu aluminium z wykorzystaniem częstotliwości kawitacji wynoszącej 20 kHz pozwala radykalnie poprawić mikrostrukturę gotowych wyrobów. Jednak w połączeniu z mikrostopowaniem efekty są jeszcze bardziej spektakularne. Dzięki realizowanemu obecnie projektowi dotyczącemu mikrostopowania ultradźwiękowego udało nam się już stworzyć mikrostopy aluminium o wytrzymałości przewyższającej wytrzymałość stali.
Nasze badania wskazują, że mikrostopowanie wspomagane ultradźwiękami otwiera nowe możliwości w zakresie opracowywania stopów samochodowych nowej generacji.
Od początku XX wieku opracowano wiele różnych stopów aluminium, które znalazły zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w lotnictwie, motoryzacji i przemyśle morskim. Dzięki swojej powszechnej dostępności, niewielkiej masie i wszechstronności aluminium stało się drugim najczęściej stosowanym metalem po stali, a wytrzymałość niektórych stopów aluminium dorównuje wytrzymałości stali konstrukcyjnych.
Pomimo szerokiego zakresu właściwości alternatywnych stopów aluminium trwają prace nad poprawą ich parametrów zarówno w istniejących, jak i nowych zastosowaniach.
W ostatnich latach poczyniono znaczne postępy w zakresie poprawy wytrzymałości, plastyczności i innych właściwości stopów aluminium poprzez kontrolowanie ich mikrostruktury. Przykładami takich metod są utwardzanie wydzieleniowe, kondycjonowanie stopu, ultradźwiękowe rozdrobnienie ziaren oraz mikrostopowanie.
W niniejszym artykule omówimy proces mikrostopowania, skupiając się na tym, czym on jest i jakie korzyści może przynieść. Następnie przedstawimy nowy i fascynujący proces mikrostopowania wspomaganego ultradźwiękami oraz wyjaśnimy, w jaki sposób proces ten przyczynił się do opracowania przez nas nowego mikrostopu aluminium o wytrzymałości na rozciąganie przewyższającej wytrzymałość stali.
Aluminium mikrostopowe wytwarzane z wykorzystaniem ultradźwięków
Aluminium mikrostopowe to rodzaj stopu aluminium zawierającego śladowe ilości pierwiastków stopowych, dodawanych zazwyczaj w celu udoskonalenia struktury ziarna i właściwości produktu końcowego. Zazwyczaj stężenie pierwiastków mikrostopowych wynosi mniej niż 1%, a często jest znacznie niższe. Stopy te mogą wykazywać wyjątkową wytrzymałość oraz inne ulepszone właściwości, dzięki czemu znajdują praktyczne zastosowanie jako elementy konstrukcyjne zarówno w przemyśle lotniczym, jak i motoryzacyjnym.
Siła kawitacji
Wysoka wytrzymałość na rozciąganie tych mikrostopów wynika z obecności w matrycy wtrąceń w skali nano, których powstawanie można kontrolować poprzez dodawanie w skali nano określonych pierwiastków mikrostopowych. Skutki mikrostopowania są bardzo szerokie i obejmują:
- Tworzenie stabilnych związków międzymetalicznych, które mogą zmniejszać wielkość ziaren
- Wzajemne oddziaływanie z granicami ziaren, które może zarówno zwiększać, jak i zmniejszać kruchość międzykrystaliczną
- Modyfikacja morfologii faz drugorzędnych w matrycy w celu poprawy właściwości mechanicznych i utwardzalności przez starzenie
- Zmiana kolejności wytrącania, prowadząca do większego udoskonalenia struktury ziaren
Do pierwiastków mikrostopowych w śladowych ilościach zalicza się zazwyczaj Ag, Li, Na, Ca, Cd, Zr, Ti, Sr i Sn. Chociaż metalurgia i chemia tych dodatków zostały dogłębnie zbadane i udokumentowane, wciąż pozostaje wiele do odkrycia, a nowe osiągnięcia pojawiają się nieustannie.
Dodawanie pierwiastków śladowych
Standardową praktyką w zakresie mikrostopowania jest wprowadzanie pierwiastków śladowych poprzez dodanie do dużego stopu wlewka aluminiowego zawierającego zaledwie kilka procent pierwiastka stopującego. Wymaganą ilość domieszki uzyskuje się poprzez staranne kontrolowanie stopnia rozcieńczenia.
Alternatywnym podejściem jest metalurgia proszkowa z mikrostopowaniem. Obejmuje ona prasowanie izostatyczne, spiekanie i wytłaczanie. W tym przypadku proces mikrostopowania jest sterowany dyfuzją.
Chociaż procesy te są powszechnie stosowane, ich optymalizacja i kontrola nadal stanowią wyzwanie.