Ultraschallbehandlung von geschmolzenen Metallen

Ultraschallbehandlung von geschmolzenen Metallen

Bei der leistungsstarken Ultraschallbehandlung geschmolzener Metalle werden Ultraschallschwingungen auf die Schmelze während oder vor der Erstarrung angewendet, um deren Mikrostruktur und Eigenschaften zu steuern. Im Vergleich zu herkömmlichen Impfmodifizierungstechniken kontrolliert und verfeinert diese Methode die erstarrte Mikrostruktur. Es vermeidet Umwelt- und Materialverunreinigungen und ist somit eine effektive Methode zur Herstellung von Gussteilen mit ausgezeichneter Mikrostruktur und hervorragenden Eigenschaften sowie ein wichtiger Ansatz zur Erschließung des Potenzials von High-Tech-Materialien.

Ultraschallkavitation führt zu einer gleichmäßigen Benetzung nichtmetallischer Verunreinigungen in der Schmelze. Diese Verunreinigungen werden zu Keimbildungsstellen, dem Ausgangspunkt der Erstarrung. Da diese Keimbildungsstellen vor der Erstarrungsfront auftreten, wird kein dendritisches Wachstum ausgelöst. Dendritischer Bruch: Das Dendritenschmelzen beginnt typischerweise an der Wurzel aufgrund eines lokalen Temperaturanstiegs und einer Entmischung. Durch die Ultraschallbehandlung (UST) werden in der Schmelze intensive Konvektion (Wärmeübertragung durch Massenbewegung) und Stoßwellen erzeugt, die zum Bruch der dendritischen Struktur führen. Aufgrund lokaler Temperatur- und Zusammensetzungsänderungen kann Konvektion den Dendritenbruch und die Konzentration gelöster Stoffe fördern. Kavitationsstoßwellen erleichtern das Aufbrechen geschmolzener Wurzeln.

Die Entgasung ist eine weitere wichtige Funktion des Leistungsultraschalls für flüssige und halbfeste Metalle und Legierungen. Durch die Ultraschallentgasung wird die Porosität von Metallen verringert, was zu einer höheren Materialdichte im Endprodukt aus Metall/Legierung führt. Die Ultraschallentgasung von Metallen verbessert die Zugfestigkeit und Duktilität des Materials. In Bezug auf Effektivität und Verarbeitungseffizienz übertreffen industrielle Hochleistungsultraschallsysteme andere kommerzielle Entgasungsmethoden. Darüber hinaus wird der Formfüllprozess durch die relativ niedrige Schmelzeviskosität verbessert.

Prinzip: Das Ultraschall-Metallschmelzverarbeitungssystem besteht aus zwei Teilen: einer Ultraschall-Vibrationskomponente und einem Ultraschallgenerator. Die Ultraschallschwingungskomponente erzeugt Ultraschallschwingungen – hauptsächlich bestehend aus einem Ultraschallwandler, einem Ultraschallamplitudentransformator und einem Werkzeugkopf – und überträgt diese Schwingungsenergie in das geschmolzene Metall.

Der Wandler wandelt die eingegebene elektrische Energie in mechanische Energie, also Ultraschallwellen, um. Dies äußert sich darin, dass der Wandler eine hin- und hergehende Bewegung in Längsrichtung ausführt, deren Amplitude typischerweise im Bereich einiger Mikrometer liegt. Eine solche Amplitudenleistungsdichte ist unzureichend und kann nicht direkt genutzt werden. Der Ultraschallamplitudentransformator verstärkt die Ultraschallamplitude entsprechend den Konstruktionsanforderungen, isoliert die Metallschmelze von der Wärmeübertragung und dient außerdem zur Fixierung des gesamten Ultraschallschwingsystems. Der Ultraschall-Werkzeugkopf ist mit dem Amplitudentransformator verbunden, der die Ultraschallenergieschwingung auf den Werkzeugkopf überträgt, der dann die Ultraschallenergie in das geschmolzene Metall abgibt.

Während des Kühl- oder Vibrationspressvorgangs empfängt das geschmolzene Metall Ultraschallwellen, die zu erheblichen Veränderungen in seiner Kristallkornstruktur führen und dadurch verschiedene physikalische Eigenschaften des Metalls verbessern.

Funktionen: Verfeinert Metallkörner, homogenisiert geschmolzenes Metall und Legierungszusammensetzung, verbessert deutlich die Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit von Gussmaterialien und verbessert die Gesamtleistung von Materialien.

Merkmale: Das Ultraschall-Behandlungssystem für geschmolzenes Metall verändert die vorhandenen Produktionsanlagen und -prozesse nicht und ist einfach zu installieren und zu bedienen. Das Ultraschall-Behandlungssystem für geschmolzenes Metall kann zur Ultraschallbehandlung von Metallen, zur Ultraschall-Kornverfeinerung, zur Ultraschall-Metallverfestigung, zum Ultraschall-Stranggießen usw. verwendet werden.

Anwendungen: Anwendung in Bereichen des kontinuierlichen Kühlgießens wie Schwerkraftgießen und Niederdruckgießen von Leichtmetallen, z. B. Plattengießen aus Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen, Formgießen usw.