1. Tratamiento de Inoculación y Modificación
El tratamiento de inoculación se refiere al proceso de agregar una pequeña cantidad de otras sustancias al metal fundido durante la solidificación para promover la nucleación e inhibir el crecimiento, refinando así los granos y mejorando la estructura. Convencionalmente, la adición de aditivos al hierro fundido se denomina tratamiento de inoculación; agregar aditivos al acero fundido y aleaciones de aluminio se denomina tratamiento de modificación. En esencia, el tratamiento de inoculación afecta principalmente a la nucleación, mientras que el tratamiento de modificación cambia el mecanismo de crecimiento de los cristales (inhibiendo el crecimiento), afectando así la morfología de los cristales.
Actualmente existe una amplia variedad de inoculantes para hierro fundido. Los inoculantes que contienen bario, bismuto y tierras raras pueden retardar la pérdida del efecto de la inoculación. Los métodos de inoculación (es decir, el método de añadir el inoculante) incluyen principalmente la inoculación en cuchara, la inoculación en corriente, la inoculación instantánea (inoculación en vaso vertido, inoculación con alambre tubular, inoculación en corriente) y la inoculación en molde. La inoculación instantánea y la inoculación en molde pueden evitar que la inoculación se desvanezca, requieren una pequeña cantidad de inoculante y logran buenos efectos de inoculación, lo que lleva a su aplicación cada vez más generalizada en la producción de hierro fundido.
La tendencia de desarrollo del tratamiento de modificación es hacia modificaciones compuestas de bajo-costo, alta-eficiencia, no-contaminantes y multifuncionales-. El acero fundido se somete a un tratamiento de modificación utilizando modificadores de aleación que contienen elementos de tierras raras, que refinan los granos y al mismo tiempo purifican el acero fundido. La aleación ZL109, modificada con un compuesto de Cu-P y Al-Ti-B, da como resultado silicio primario bien-refinado y silicio eutéctico en su estructura. Las sales de Sr pueden cambiar la fase de silicio en aleaciones de aluminio-silicio desde formas en forma de aguja-a varillas cortas-(con una longitud inferior a 100 μm) o formas fibrosas curvas.
2. Cristalización dinámica
Además de los tratamientos de inoculación y modificación para el refinamiento del grano y la mejora de la microestructura, someter el metal fundido a un tratamiento de vibración ultrasónica o agitación electromagnética también puede lograr el objetivo de refinar los granos y mejorar la calidad de la fundición. El tratamiento ultrasónico puede refinar la estructura as-fundida de la aleación de magnesio AS41, haciendo que la fase de MgSi sea más fina y esferoidizada, con tamaños de grano de solo entre el 30% y el 50% de aquellos sin tratamiento ultrasónico. Actualmente, la tecnología de refinamiento de granos avanza hacia métodos combinados, formando procesos combinados como el tratamiento de inoculación junto con la agitación electromagnética. Por ejemplo, cuando se somete aluminio puro a un campo magnético pulsado de corriente continua combinado con un tratamiento de inoculación con 0,05 % de Al-5Ti-B, el tamaño del grano resultante es aún más fino y está distribuido de manera más uniforme en comparación con la aplicación del campo magnético pulsado de corriente directa solo.
3. Solidificación direccional
La solidificación direccional, también conocida como cristalización direccional, es un método de proceso que permite que los metales o aleaciones hagan crecer cristales direccionalmente dentro de la masa fundida. Los principales métodos de solidificación direccional incluyen el método de molde exotérmico, el método de reducción de potencia, el método de solidificación rápida y el método de enfriamiento de metal líquido. La solidificación direccional se utiliza principalmente para preparar granos columnares y monocristales y se ha aplicado con éxito en la producción de aspas de motor monocristalinos y de grano columnar a base de níquel-. Las estructuras de grano columnar eliminan los límites de grano transversales, mientras que los monocristales no tienen ningún límite de grano, lo que mejora significativamente la resistencia a altas-temperaturas, la resistencia a la fluencia, las propiedades de tensión-ruptura y el rendimiento de fatiga térmica de las hojas.
Las láminas monocristalinas producidas por solidificación direccional se forman mediante el crecimiento selectivo en espiral de los policristales. Ya sea para crecimiento monocristalino o estructuras de crecimiento de grano columnar, el<100>dirección es la orientación de crecimiento preferida. A través de años de intensa investigación y desarrollo, la industria ha dominado la tecnología central para las palas de motores monocristalinos, rompiendo así los monopolios. Se han acumulado amplios datos y experiencia en áreas como tecnología de núcleo cerámico, tecnología de moldes de corindón, selección de monocristal y procesos de solidificación direccional, control de recristalización para láminas de monocristal, control de temperatura de cocción, parámetros del proceso de vertido, velocidad de extracción, ajustes de ruta de proceso y mejoras de moldes. La tecnología de fundición de precisión para láminas huecas de monocristal es cada vez más sofisticada.
