Die Ultraschall-Metallschmelzverarbeitungsanlage besteht aus Ultraschall-Vibrationsteilen und einem Ultraschallgenerator: Die Ultraschall-Vibrationsteile werden verwendet, um Ultraschallvibrationen zu erzeugen – hauptsächlich Ultraschallwandler, Ultraschallhorn und Werkzeugkopf (Sendekopf) – und übertragen diese Vibrationsenergie auf die Metallschmelze.

Funktion der Ultraschall-Metallschmelze:

1. Entfernen von Verunreinigungen: Kleine Einschlüsse in flüssigem Stahl können nur schwer aufsteigen. Erst wenn sie sich ansammeln, können sie leichter aufsteigen. Durch die Zugabe von Ultraschall in die Lösung mittels Ultraschall-Metallschmelzbehandlungsgeräten kann die stehende Ultraschallwelle das Einschlusspulver in der Lösung erfolgreich delaminieren und agglomerieren lassen.

2. Ultraschallentgasung: Ultraschall hat eine große Wirkung auf die Entfernung von Gasen aus geschmolzenem Metall. Elastische Ultraschallschwingungen können die Legierung innerhalb weniger Minuten vollständig entgasen. Beim Einbringen der Ultraschallschwingungen in das geschmolzene Metall tritt Kavitation auf. Diese entsteht durch den Hohlraum, der nach dem Unterbrechen der Kontinuität der flüssigen Phase entsteht. Dadurch konzentriert sich das im flüssigen Metall gelöste Gas darin.

3. Kornverfeinerung: Bei der Herstellung von Gussteilen mittels Ultraschall-Vibrationsverfestigung erzeugt die Ultraschallwelle abwechselnd positiven und negativen Schalldruck und bildet einen Strahl. Gleichzeitig entstehen aufgrund des nichtlinearen Effekts Schall- und Mikroschallströme, während Ultraschallkavitation an der Grenzfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit einen Hochgeschwindigkeits-Mikrostrahl erzeugt.

Der Kavitationseffekt in Ultraschallflüssigkeiten kann Dendriten abschneiden und zerstören, die Erstarrungsfront beeinflussen, den Rühr- und Diffusionseffekt erhöhen und die Struktur reinigen, die Körnung verfeinern und die Struktur homogenisieren.

Neben der mechanischen Beschädigung von Dendriten durch Vibrationen besteht eine weitere wichtige Rolle der Ultraschall-Vibrationsverfestigung darin, die effektive Unterkühlung des flüssigen Metalls zu verbessern und den kritischen Keimradius zu verringern, um so die Keimbildungsrate zu erhöhen und die Körner zu verfeinern.

3. Verbesserung der Brammenqualität: Ultraschall-Metallschmelzbehandlungsgeräte können die Oberflächenqualität der Bramme durch die Form verbessern. Die Ultraschallvibration der Form kann für Knüppel, Vorblöcke und Brammen eingesetzt werden, ohne dass es zu einem negativen Gleiten kommt. Beim Gießen von Knüppeln und Vorblöcken kann durch Ultraschallvibration eine sehr glatte Knüppeloberfläche erzielt werden.