AT155133B - Verfahren zur Behandlung von geschmolzenen Metallen und Legierungen mittels Ultraschallwellen. - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Behandlung von geschmolzenen Metallen   und Legiermlgell mittels l'ltrasehallwellen.   



   Es ist bereits vorgeschlagen worden, auf Metallschmelzen vor und während der Erstarrung
Ultraschallwellen einwirken zu lassen, um die Schmelze zu entgasen, Gasblasen und Schlackenteilchen fortzuschaffen und das Metallkorn zu beeinflussen. Die angestellten Versuche haben jedoch bisher nicht zu einer wesentlichen Verbesserung der Metalleigenschaften geführt, insbesondere haben die
Ultraschallwellen die Tendenz zur Ausbildung grober Dendriten nicht gehemmt, sondern im Gegenteil befördert. Bei diesen Verfahren wurde durchwegs mit   gleichförmiger   Frequenz und konstanter Intensität gearbeitet. 



   Gemäss der Erfindung hingegen werden zur Herbeiführung der oben angegebenen vorteilhaften Wirkungen die Ultraschallwellen in zeitlich veränderlicher Weise zur Einwirkung gebracht. 



   Die Wirkungen der zeitlich veränderten Ultrasehallwellen sind von   denjenigen   der kontinuier-   lichen UltraschaHweIlen wesentiioh verschieden, u.   zw. sowohl während des Entgasungsvorganges, als auch während des Erstarrungsvorganges. Durch die zeitlich veränderlichen Ultraschallwellen wird eine schnellere und vollständigere Entgasung bewirkt ; schädliche Wirkungen, insbesondere eine   schädliche Emulgierung werden dabeisicher vermieden. Bei der Erstarrungrufen die zeitlich variierenden   Ultraschallwellen regelmässig eine Verfeinerung des Metallkorns und eine Verbesserung des   Metallgefüges   hervor, indem die Ausbildung von groben, annähernd parallelen Nadeln oder Spiessen unterdrückt wird. 



   Die erfindungsgemäss angewendeten zeitlichen Änderungen in der Einwirkung der Ultraschallwellen können die Intensität und deren   räumliche Verteilung,   die Frequenz oder die Fortpflanzung-   richtung   betreffen ; sie können entweder periodisch oder unperiodisch erfolgen. 



   Bei Ultraschallwellen von periodisch veränderlicher Intensität wird die Periode der Intensitätsschwankung gross gewählt im Vergleich zur   Schwingungsdauer,   jedoch klein im Vergleich zur Dauer der Einwirkung. Die periodische Schwächung kann bis zur   völligen Unterbrechung gehen,   d. h. es können intermittierende Ultraschallwellen angewendet werden. Die   Schwächungs-oder Unterbrechungs-   dauer wird vorzugsweise um ein Vielfaches länger gewählt als die Dauer der hohen Intensität der Ultraschallwellen. Es entstehen so   Ultraschallstösse,   deren Wirkungen sich in besonders charakteristischer Weise von denjenigen der andauernd gleichmässig angewendeten Ultraschallwellen unterscheiden. 



   An Stelle der   Intensität oder gleichzeitig mit ihr,   kann die Frequenz der zur Einwirkung gebrachten Ultraschallwellen einer periodischen Änderung unterworfen werden. Dies kann durch Überlagerung von mindestens zwei Ultraschallwellen verschiedener Frequenz geschehen, von denen mindestens eine periodisch unterbrochen oder stark   abgeschwächt wird.   Die   Unterbrechungs-oder Abschwächungs-   dauer der   höherfrequenten   Ultraschallwelle wird vorzugsweise vielfach länger bemessen als ihre Einwirkungsdauer von maximaler Intensität. Vorzugsweise werden   2. wei Ultraschallwellen   von sehr verschiedener Frequenz (Abstand mindestens mehrere Oktaven) überlagert oder abwechselnd zur Einwirkung gebracht. 



   Erfindungsgemäss können auch zwei Ultraschallwellen von nahe beieinanderliegenden Frequenzen (ihr Unterschied kann beispielsweise etwa 1% betragen) zur Hervorrufung von Schwebungen innerhalb der Metallschmelze verwendet werden. Diese Massnahme bewirkt das Entstehen örtlicher Intensitätsmaxima   der Ultraschallchwingungen   in schnellem zeitlichen Wechsel. Ausserdem   wandern-ent-   sprechend dem Winkel zwischen den Fortpflanzungsrichtungen der beiden Wellen-die Knotenpunkte der Schwingungen mehr oder weniger schnell. Da sich Gasblasen sowie schwebende feste und flüssige Teilchen in den Knotenpunkten ansammeln, wandern sie mit diesen mit. Hierauf beruht ein 

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 schmelzen. 



   Die Abführung der Gasblasen aus der Schmelze wird insbesondere dadurch befördert, dass die Gasblasen mit Hilfe der Schwebungen in die Nähe einer senkrechten oder nahezu senkrechten Gefässwand gedrängt und dort angereichert werden. Die an Gasblasen angereicherte senkrechte Zone in der Metallschmelze erfährt einen Auftrieb, der die Blasen an die Metalloberfläche bringt. 



   Ausser der   Intensität und der Frequenz kann auch   die Richtung der Ultraschallwellen periodischen Änderungen unterworfen werden. Die Ausführung dieser Massnahme kann entweder dadurch geschehen, dass man den Überträger der Schwingungen periodische Richtungsänderungen ausführen lässt (Schwenkbewegung) oder dadurch, dass die-Ultraschallwellen abwechselnd durch zwei verschieden gerichtete Überträger der Metallschmelze zugeführt werden. 



   Unabhängig von den periodischen Änderungen der Einwirkungsbedingungen der Ultraschallwellen werden   erfindungsgemäss   auch   nichtperiodische   Änderungen angewendet, um die Einwirkungsbedingungen dem Fortgange der Behandlung anzupassen. Es kann zweckmässig sein, die Entgasung in mehreren Stufen auszuführen und die Intensität oder die Frequenz der Ultraschallwellen oder beide von Stufe zu Stufe zu ändern, insbesondere hinaufzusetzen. Durch diese Arbeitsweise können in den Anfangsstadien der Entgasung   unerwünschte   Erscheinungen in der noch gasreichen Schmelze vermieden und die   schliesslich   Entgasung vollständig durchgeführt werden. 



   Bei allen Einwirkungsarten ist es von besonderer Bedeutung, die jeweilige   Intensität'der'Ultra-   schallschwingungen so zu bemessen, dass sie-je nach dem zu erreichenden Effekt-über oder unter derjenigen Grenze liegt, bei der Kavitationserscheinungen auftreten. Beispielsweise ist es   zweckmässig,   für die vollständige Austreibung der gelösten Gasreste aus der flüssigen Metallphase die Intensität über die Kavitationsgrenze zu steigern. Für die Behandlung der gasreichen Schmelze in den Anfangsstadien jedoch, sowie für die Sammlung und Abführung der in der Schmelze schwebenden   Gasbläschen   ist das Arbeiten unterhalb der KavitationsgTenze vorzuziehen. 



   Je nach dem fallweisen Bedürfnis können die vorstehend im einzelnen beschriebenen Massnahmen in mannigfache Weise kombiniert werden, um eine Metallschmelze zu entgasen und ihre Erstarrung günstig zu beeinflussen. 



   Um intermittierende Ultraschallwellen oder solche von periodisch veränderlicher   Intensität   zur Einwirkung zu bringen, kann entweder der akustische Sender in intermittierender bzw. pulsierender Weise erregt werden oder es können von einem gleichförmig erregten akustischen Sender die Ultraschallwellen in zeitweise intermittierender oder abgeschwächter Weise der Metallschmelze zugeleitet werden. In diesem Falle kann die Unterbrechung oder Abschwächung der Übertragung unter anderm derart bewirkt werden, dass der Übertragungskörper einer niederfrequenten Schwingung unterworfen wird, deren Schwingungsrichtung mit jener der Ultraschallwellen übereinstimmt.

   Die niederfrequente Schwingung, deren Amplitude mindestens gleich oder grösser ist als diejenige der Ultraschallschwingung, bringt die Endflächen des Übertragungskörpers abwechselnd an Stellen, die einen guten oder schlechten Übertragungskontakt ergeben (beispielsweise infolge von Resonanzwirkung). 



   Falls man einen Sender kontinuierlich erregt und die Übertragung der Ultraschallschwingungen in intermittierender Weise vor sich gehen lässt, kann man zur besseren Ausnutzung der Senderleistung 
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Claims (1)

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   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder einige der Ultraschallfrequenzen intermittierend, die übrigen kontinuierlich zugeführt werden.

   8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Ultraschallschwingungen je nach der Art des beabsichtigten Effektes planmässig oberhalb oder unterhalb desjenigen Grenzwertes gewählt wird, bei welchem Kavitation eintritt.

   9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der Ultraschallschwingungen mit fortschreitender Zeit gesteigert wird.

   10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungerzeuger in zeitlich veränderlicher Weiche erregt wird.

   11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Schwingungserreger mit kontinuierlicher Erregung ausgehenden Ultraschallschwingungen auf die Metallschmelze in zeitlich veränderlicher Art, z. B. intermittierend, übertragen werden.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserreger oder ein die Schwingungen auf die Metallschmelze übertragender Körper gleichzeitig langsameren kontinuier- lichen Schwingungen, deren Frequenz unter einem Hundertstel der Ultraschallfrequenz liegt, unterworfen wird, derart, dass innerhalb einer Niederfrequenzperiode die Kopplung während eines Bruchteiles der Zeit fester, während der übrigen Zeit lockerer ist oder ganz unterbrochen wird und demgemäss die Übertragung der Ultraschallschwingungen auf die Metallschmelze im Niederfrequenzrhythmus geändert wird.

   13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingungs- erreger mehrere Überträger abwechselnd in Schwingung versetzt, welche der Reihe nach auf die gleiche oder auf verschiedene Metallschmelzen einwirken.

   14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet durch schnelle Wanderung der Stelle stärkster Erregung in der Metallschmelze.