Nowa obróbka cieplna nadzieją na lżejsze i mocniejsze części aluminiowe
Proces odlewania wysokociśnieniowego (HPDC) polega na wtłaczaniu stopionego metalu do formy pod wysokim ciśnieniem. Większość odlewów ciśnieniowych jest wykonywana z metali nieżelaznych, takich jak cynk, miedź lub aluminium. O ile koszty urządzeń często ograniczają jego zastosowanie w masowej produkcji, oferuje on większą szybkość wytwarzania skomplikowanych kształtów niż jakakolwiek inna metoda, a także zapewnia trwałość i stabilność wymiarową oraz dodatkowe korzyści dotyczące wytrzymałości i wagi. Jednak pomimo że HPDC jest procesem wysoce wydajnym, wyklucza on stosowanie konwencjonalnej obróbki cieplnej, ponieważ uwięziony gaz powoduje powstawanie pęcherzy – co wymaga opracowania nowych zaawansowanych procedur. Wspierany przez UE projekt HardALU powstał właśnie w celu opracowania alternatywnego rozwiązania, a efektem prac jest obróbka termiczna o jednorodnej temperaturze na całej powierzchni elementu, przy odchyleniu o nie więcej niż 3 °C na różnych powierzchniach części. Technologia złoża fluidalnego Wysokowydajne, lekkie elementy aluminiowe są szczególnie ważne dla przemysłu motoryzacyjnego, w którym mogłyby zastąpić na przykład cięższe odlewy żeliwne, w tym te stosowane w blokach silnikowych, zmniejszając ich wagę. Ponieważ jednak nie mogą być poddawane konwencjonalnej obróbce cieplnej (z powodu pęcherzyków powietrza), elementy muszą zwykle mieć większą grubość, a więc większą masę, co ma wpływ na ekonomikę rozwiązań transportowych, jak również na ich oddziaływanie na środowisko. Podstawę podejścia HardALU stanowi rozwiązanie z zastosowaniem złoża fluidalnego. Technologia ta polega na przepuszczaniu gazu przez złoże drobnoziarnistego piasku, które zachowuje się podobnie do płynu. Następnie w mieszaninie można zanurzać części – jest to tzw. „hartowanie” – a dzięki temu, że powierzchnia elementu pozostaje w pełnym kontakcie z piaskiem w złożu fluidalnym, może być obrabiana w sposób bardziej jednorodny. Przykładowo, możliwe jest osiągnięcie temperatur od 490 °C do 540 °C w ciągu 7 do 10 minut w przypadku dużych bloków silnikowych, przy szybkości transferu ciepła trzy do czterech razy wyższej niż w przypadku konwencjonalnych technik wykorzystujących wymuszony obieg powietrza. Jaume Tort, koordynator projektu, wspomina: „Ta fluidyzacja piasku okazała się największym wyzwaniem w projekcie, zmuszającym nas do przeprowadzenia wielu testów i modyfikacji. Ostatecznie udało nam się uzyskać prawidłową fluidyzację piasku przy wsparciu Uniwersytetu Karola III w Madrycie”. Uczestnicy projektu współpracowali również z centrum technologicznym IK4 Azterlan w zakresie testowania elementów obrabianych i walidacji urządzeń. Z punktu widzenia ochrony środowiska, dzięki nowej technologii, części mogą być teraz obrabiane w sposób, który wcześniej nie był możliwy. Zmniejsza on ich grubość, a tym samym masę, co skutkuje niższym zużyciem paliwa przez pojazd i obniża emisję C02. Dodatkowo dzięki skróceniu czasu obróbki zmniejszone zostaje również zużycie energii elektrycznej wykorzystywanej podczas produkcji. System znajduje się obecnie w zakładzie klienta, dzięki czemu może być poddany rygorystycznym testom w warunkach przemysłowych. Jest również dostępny do celów demonstracyjnych dla potencjalnych odbiorców. „Jeżeli chodzi o przyszłość, szczególnie ekscytujące jest to, że technologia ta stymuluje szerszy rozwój w dziedzinie odlewania ciśnieniowego aluminiowych elementów konstrukcyjnych, takich jak wieżyczki amortyzatorów samochodów, które są obecnie wykonywane ze stali”. Tort tłumaczy: „To przełom, ponieważ takie skomplikowane części są bardzo cienkie i aby mogły pozostawać wytrzymałe i niezawodne, wymagają skutecznej obróbki termicznej”.
Słowa kluczowe
HardALU, komponenty, aluminium, silniki, odlewanie ciśnieniowe, części, formy, obróbka cieplna, produkcja, złoże fluidalne, metal