Ultraschallbearbeitung von Metallschmelzen
May 22, 2019
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Ultraschallbearbeitung von Metallschmelzen
Ultraschall in geschmolzenen Metallen und Legierungen zeigt verschiedene vorteilhafte Effekte wie Strukturierung, Entgasung und verbesserte Filtration.
Ultraschall fördert die nicht-dendritische Verfestigung in flüssigen und halbfesten Metallen. Die Ultraschallbehandlung hat erhebliche Vorteile für die Verfeinerung der Mikrostruktur von dendritischen Körnern und primären intermetallischen Partikeln.
Darüber hinaus kann Leistungsultraschall gezielt eingesetzt werden, um die Metallporosität zu verringern oder mesoporöse Strukturen zu erzeugen. Nicht zuletzt verbessert leistungsstarker Ultraschall die Qualität von Gussteilen. Ultraschallverfestigung Die Bildung nicht-dendritischer Strukturen während der Verfestigung von Metallschmelzen beeinflusst die Materialeigenschaften wie Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit und / oder Härte.
Ultraschallveränderte Kornkeimbildung: Akustische Kavitation und ihre starken Scherkräfte erhöhen die Keimbildungsstellen und die Keimzahl in der Schmelze.
Die Ultraschallbehandlung von Schmelzen führt zu einer heterogenen Keimbildung und zur Fragmentierung von Dendriten, so dass das Endprodukt eine deutlich höhere Kornfeinung aufweist. Ultraschallkavitation bewirkt die gleichmäßige Benetzung von nichtmetallischen Verunreinigungen in der Schmelze.
Diese Verunreinigungen werden zu Keimbildungsstellen, die die Ausgangspunkte für die Verfestigung sind. Da diese Keimbildungspunkte vor der Erstarrungsfront liegen, findet kein Wachstum von dendritischen Strukturen statt.
Makrostruktur der Ti-Legierung nach Ultraschallbehandlung (Ruirun et al. 2017) Dendritenfragmentierung: Das Schmelzen von Dendriten beginnt normalerweise an der Wurzel aufgrund des lokalen Temperaturanstiegs und der lokalen Entmischung.
Ultraschallbehandlung erzeugt starke Konvektion (Wärmeübertragung durch Massenbewegung einer Flüssigkeit) und Stoßwellen in der Schmelze, so dass die Dendriten fragmentiert werden. Die Konvektion kann die Dendritenfragmentierung aufgrund extremer lokaler Temperaturen sowie Zusammensetzungsschwankungen fördern und die Diffusion von gelöstem Stoff fördern. Die Kavitationsschockwellen unterstützen das Aufbrechen dieser schmelzenden Wurzeln.