1. Trattamento di inoculazione e modificazione
Il trattamento di inoculazione si riferisce al processo di aggiunta di una piccola quantità di altre sostanze al metallo fuso durante la solidificazione per favorire la nucleazione e inibire la crescita, raffinando così i grani e migliorando la struttura. Convenzionalmente l'aggiunta di additivi alla ghisa è detta trattamento di inoculazione; l'aggiunta di additivi all'acciaio fuso e alle leghe di alluminio è denominata trattamento di modifica. In sostanza, il trattamento di inoculazione influisce principalmente sulla nucleazione, mentre il trattamento di modifica modifica il meccanismo di crescita dei cristalli (inibisce la crescita), influenzando così la morfologia dei cristalli.
Attualmente esiste un'ampia varietà di inoculanti per la ghisa. Gli inoculanti contenenti bario, bismuto ed elementi di terre rare possono rallentare lo sbiadimento dell'effetto dell'inoculazione. I metodi di inoculazione (ovvero, il metodo per aggiungere l'inoculante) includono principalmente l'inoculazione con mestolo, l'inoculazione in flusso, l'inoculazione istantanea (inoculazione in tazza di versamento, inoculazione in filo animato, inoculazione in flusso) e inoculazione nello stampo. L'inoculazione istantanea e l'inoculazione nello-muffo possono prevenire lo sbiadimento dell'inoculazione, richiedere una piccola quantità di inoculante e ottenere buoni effetti di inoculazione, portando alla loro applicazione sempre più diffusa nella produzione di ghisa.
La tendenza di sviluppo per il trattamento di modifica è verso una modifica composita a basso-costo, alta-efficienza, non-inquinante e multi-funzionale. L'acciaio fuso subisce un trattamento di modifica utilizzando modificatori di lega contenenti elementi di terre rare, che affinano i grani purificando allo stesso tempo l'acciaio fuso. La lega ZL109, modificata con un composto di Cu-P e Al-Ti-B, produce silicio primario e silicio eutettico ben-raffinati nella sua struttura. I sali Sr possono cambiare la fase del silicio nelle leghe di alluminio-silicio da aghi-ad aste corte-(con una lunghezza inferiore a 100 μm) o forme fibrose curve.
2. Cristallizzazione dinamica
Oltre ai trattamenti di inoculazione e modificazione per l'affinamento dei grani e il miglioramento della microstruttura, sottoponendo il metallo fuso a trattamenti di vibrazione ultrasonica o agitazione elettromagnetica è possibile raggiungere l'obiettivo di raffinare i grani e migliorare la qualità della fusione. Il trattamento ad ultrasuoni può affinare la struttura as-colata della lega di magnesio AS41, rendendo la fase MgSi più fine e sferoidale, con dimensioni dei grani solo dal 30% al 50% rispetto a quelle senza trattamento ad ultrasuoni. Attualmente, la tecnologia di raffinazione del grano si sta spostando verso metodi combinati, formando processi combinati come il trattamento di inoculazione accoppiato con l'agitazione elettromagnetica. Ad esempio, quando l'alluminio puro viene sottoposto a un campo magnetico pulsato di corrente continua combinato con un trattamento di inoculazione utilizzando 0,05% Al-5Ti-B, la dimensione del grano risultante è ancora più fine e distribuita in modo più uniforme rispetto all'applicazione del solo campo magnetico pulsato di corrente continua.
3. Solidificazione direzionale
La solidificazione direzionale, nota anche come cristallizzazione direzionale, è un metodo di processo che consente ai metalli o alle leghe di far crescere i cristalli in modo direzionale all'interno della massa fusa. I principali metodi per la solidificazione direzionale includono il metodo dello stampo esotermico, il metodo di riduzione della potenza, il metodo di solidificazione rapida e il metodo di raffreddamento del metallo liquido. La solidificazione direzionale viene utilizzata principalmente per preparare grani colonnari e cristalli singoli ed è stata applicata con successo nella produzione di grani colonnari a base di nichel- e pale per motori monocristallini. Le strutture a grana colonnare eliminano i confini trasversali dei grani, mentre i cristalli singoli non hanno affatto confini dei grani, migliorando significativamente la resistenza alle alte-temperature, la resistenza allo scorrimento, le proprietà di rottura da stress-e le prestazioni di fatica termica delle pale.
Le lame monocristalline prodotte dalla solidificazione direzionale si formano attraverso la crescita selettiva a spirale dei policristalli. Sia per la crescita di cristalli singoli che per le strutture di crescita dei grani colonnari, il<100>la direzione è l’orientamento di crescita preferito. Attraverso anni di intensa ricerca e sviluppo, l'industria ha padroneggiato la tecnologia di base per le pale dei motori a cristallo singolo, rompendo i monopoli. Sono stati accumulati numerosi dati ed esperienza in aree quali la tecnologia del nucleo ceramico, la tecnologia dello stampo a conchiglia di corindone, la selezione del cristallo singolo e i processi di solidificazione direzionale, il controllo della ricristallizzazione per le pale del cristallo singolo, il controllo della temperatura di cottura, i parametri del processo di colata, la velocità di estrazione, le regolazioni del percorso del processo e i miglioramenti dello stampo. La tecnologia di fusione di precisione per le pale monocristallo cave sta diventando sempre più sofisticata.
