Ultraschallbehandlung beim Direktkühlguss: Was veröffentlichte Studien zeigen

sialon2014

vor 19 Stunden

9. August 2026 · 11 Minuten Lesezeit

Wasserstoffporosität, Segregation entlang der Mittellinie und Schwankungen in der Mikrostruktur stellen beim DC-Guss ein großes Problem dar. Veröffentlichte Versuche im Pilotmaßstab zum DC-Guss zeigen, dass durch Ultraschallbehandlung alle drei Probleme gleichzeitig beseitigt werden – was zu einer Verringerung der Korngröße um 50 % im Zentrum des Barrens und zur Unterdrückung von gefiederten Körnern in Produktionsbarren führt.

TL;DR

Wasserstoffporosität, Segregation entlang der Mittellinie und Schwankungen in der Mikrostruktur stellen seit langem ein Problem beim Direct-Chill-Guss (DC) dar. Zusammen schränken sie die Größe der Barren, die mechanische Gleichmäßigkeit und die Produktausbeute ein. Herkömmliche Inline-Entgasungsverfahren (Rotationsrührwerke, Gaseinspritzung) können nicht alle drei Probleme gleichzeitig lösen – zumindest nicht, ohne die Gussgeschwindigkeit oder die Barrenqualität zu beeinträchtigen.

Eine direkt im DC-Gussbecken durchgeführte Ultraschallbehandlung beseitigt diese Einschränkungen. Durch kavitationsgetriebene Blasenbildung wird gelöster Wasserstoff innerhalb von 3 Minuten entfernt, im Gegensatz zu mehr als 10 Minuten bei Rotationsverfahren. Gleichzeitig verfeinert die akustische Strömung die Kornstruktur und beseitigt die Segregation entlang der Mittellinie. Veröffentlichte Versuche im Pilotmaßstab zum Gleichstromguss bestätigen diese Ergebnisse bei Produktionsknüppeln: eine Verringerung der Korngröße um 50 % im Knüppelzentrum, die Unterdrückung von gefiederten Körnern und eine gleichmäßige Zusammensetzung über den gesamten Querschnitt des Barrens hinweg.

Der NIMA-Ultraschallgenerator verfügt über eine adaptive Mehrfrequenztechnologie, die in Zusammenarbeit mit Aktive Arc Ultrasonics, einem Spezialisten für die Entwicklung von Hochleistungs-Ultraschallsystemen, entwickelt wurde. In Kombination mit hochtemperaturbeständigen Sialon-Keramik-Sonotroden ermöglicht er die Ultraschallbehandlung im industriellen Maßstab – für Barren mit einem Gewicht von über 400 kg – ohne Trägergas und ohne den Wartungsaufwand, der bei rotierenden Anlagen entsteht.

Direktkühlguss verstehen: Der Prozess und seine Herausforderungen

Das Direktkühlgussverfahren ist das grundlegende halbkontinuierliche Gussverfahren für Nichteisenmetalle – Aluminium, Kupfer, Magnesium. Die präzise Steuerung des Erstarrungsprozesses bestimmt unmittelbar die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Barrens. Und so funktioniert es:

Das geschmolzene Metall wird in eine wassergekühlte Form mit offenem Boden gegossen. Während sich der Block bildet, erstarrt die äußere Hülle, während der Kern flüssig bleibt, wodurch eine schmale Erstarrungsfront entsteht. Wenn der Block aus der Form kommt, wird Wasser direkt auf die Oberfläche des Blocks gesprüht, wodurch die Erstarrung von außen nach innen abgeschlossen wird.

Diese kontrollierte Erstarrung ist ein wesentlicher Vorteil – sie begrenzt die Makrosegregation im Vergleich zum Freiluftguss. Doch der enge Zeitrahmen und die eingeschränkte Geometrie führen zu drei miteinander verbundenen metallurgischen Problemen, die den modernen Gleichstromguss belasten:

1. Wasserstoffporosität: Das Problem der gelösten Gase

Wasserstoff ist das wichtigste gelöste Gas in flüssigem Aluminium. Er gelangt durch eine chemische Reaktion zwischen geschmolzenem Metall und Wasserdampf aus der Umgebungsluft in das Metall und bildet dabei Aluminiumoxid und H₂-Gas. Der entscheidende Unterschied: Wasserstoff ist in flüssigem Aluminium weitaus besser löslich als in festem. Während der Erstarrung, wenn das Metall unter seinen Solvuspunkt abkühlt, scheidet sich Wasserstoff aus. Ist die Abkühlgeschwindigkeit zu langsam oder die Wasserstoffkonzentration zu hoch, bilden sich Gasblasen im Festkörper. Dadurch entsteht Gasporosität – ein Defekt, der die Ermüdungsfestigkeit, die Zugfestigkeit und die Gussausbeute beeinträchtigt.

Herkömmliche Inline-Verfahren (Argoninjektion, Rotationsentgasung) lösen dieses Problem zwar, sind jedoch mit gewissen Kompromissen verbunden. Argon erfordert eine Trägergasanlage und eine umweltgerechte Entsorgung. Rotationsflügel verursachen Verzögerungen bei der Verweildauer (10+ Minuten), wodurch sich die Gusszyklen verlangsamen.

2. Mittelliniensegregation: Makrosegregation im Zentrum des Barrens

Die enge, kontrollierte Erstarrung, die das DC-Gießen auszeichnet, führt zu einem sekundären Problem: Im zentralen Bereich des Barrens kommt es zu Abweichungen von der Nennlegierungszusammensetzung – der sogenannten Makrosegregation entlang der Mittellinie. Dazu tragen mehrere Mechanismen bei: konvektionsgetriebener Stofftransport während der Erstarrung, schrumpfungsinduzierte Strömung und Kornabscheidung. Die Folge sind erhebliche Unterschiede in den Eigenschaften zwischen dem Zentrum und dem Rand des Barrens, was die nachgelagerte Verarbeitung (Walzen, Strangpressen) erschwert und die Größe sowie die Geometrie der gießbaren Barren einschränkt.

Große dendritische Körner mit groben Sekundärphasen konzentrieren Defekte (Porosität, Einschlüsse, Entmischung) entlang der Korngrenzen, wodurch die mechanischen Eigenschaften und die Verarbeitbarkeit beeinträchtigt werden. Eine nicht-dendritische Feinkornstruktur mit gleichachsigen Körnern – gleiche Abmessungen in alle Richtungen – ist das metallurgische Ziel, da sie:

Reduziert Schrumpfung und Heißrisse
Sorgt für eine gleichmäßigere Verteilung der Sekundärphasen und der Mikroporosität
Sorgt für hervorragende mechanische Eigenschaften

Bei der herkömmlichen Kornverfeinerung kommen Vorlegierungen auf Titanbasis (Al-5Ti-1B) zum Einsatz, die heterogene Keimbildungsstellen bereitstellen. Dieser Ansatz funktioniert bei großen Barren jedoch nicht immer gleichmäßig, und die benötigte Menge an Kornverfeinerer steigt mit der Barrengröße – was zu Abweichungen in der Zusammensetzung und zu höheren Kosten führt.

Warum herkömmliche Entgasungsverfahren beim Gleichstromguss zu kurz greifen

Bevor wir uns mit Ultraschalllösungen befassen, lohnt es sich zu verstehen, warum bestehende Ansätze für den modernen Gleichstrombetrieb nicht ausreichen:

Rotationsentgasung (mit Laufrad):

Vor dem Gießen ist eine Verweildauer von 10–15 Minuten im Ofen erforderlich.
Enthält rotierende Teile (Graphit, Stahl), die gewartet und ausgetauscht werden müssen
Es entsteht eine hohe Schlackeansammlung (1.300 g pro Zyklus gegenüber 245 g beim Ultraschallverfahren) – die Schlacke bindet Wasserstoff und verunreinigt die Schmelze erneut
Entgasen nur; verfeinert die Kornstruktur nicht
Graphit-Laufräder sind im Hochtemperaturbetrieb sprödem Verschleiß und Thermoschocks ausgesetzt

Argon- oder Stickstoffzugabe:

Erfordert Trägergas (Kosten, Umweltbelastung)
Lange Blasenanstiegszeit; während des gesamten Gießzeitraums muss kontinuierlich Gas zugeführt werden
Behandelt weder die Mikrosegregation noch die Kornstruktur
Ineffizient bei großen Barren (tote Zonen, in die kein Gas eindringt)

Unterdruckguss:

Entfernt gelöstes Gas durch Senkung des Umgebungsdrucks über der Schmelze
Wirksam bei der Wasserstoffentfernung, jedoch teuer und unflexibel im Gleichstrombetrieb
Verhindert weder die Mittelliniensegregation noch verfeinert es die Kornstruktur

Die zentrale Einschränkung: Keine dieser Methoden beseitigt gleichzeitig Wasserstoff, verfeinert die Kornstruktur und verhindert die Mittelliniensegregation – die drei Faktoren, die die Qualität der Barren beim Gleichstromguss bestimmen. Jede Methode befasst sich isoliert mit einem einzelnen Problem.

So funktioniert die Ultraschallbehandlung im DC-Gießbecken

Die direkt im Gusswanne durchgeführte Ultraschallbehandlung überwindet diese Einschränkungen, indem sie sich die Kavitationsphysik zunutze macht – das kontrollierte Zerplatzen von Schallblasen in flüssigem Metall.

Der Kavitationsmechanismus

Wenn Ultraschallenergie (typischerweise mit einer Frequenz von 25 kHz) über eine Sonotrode (eine resonante Keramiksonde) in die Metallschmelze eingeleitet wird, breiten sich Kompressions- und Expansionswellen durch die Schmelze aus. Dieser Schalldruck löst Kavitation aus: Während der Expansionsphase (Unterdruck) bilden sich mikroskopisch kleine Bläschen, die in der Kompressionsphase heftig zusammenbrechen.

Wenn eine Kavitationsblase zusammenbricht, wird dabei eine enorme Energie freigesetzt – der lokale Druck übersteigt 10.000 Atmosphären und die Temperatur steigt auf über 3.000 K an. Dies führt zu:

Heterogene Keimbildungsstellen – Zusammenbrechende Blasen erzeugen lokale Hochdruckzonen, in denen sich neue feste Kristalle bilden, die im gesamten Schmelzbad als Keimbildungsvorlagen dienen.
Kavitationsgestützte Fragmentierung – Die beim Zusammenbruch der Blasen entstehenden Stoßwellen zerteilen die wachsenden Dendriten physikalisch und zerlegen sie in kleinere Fragmente, die zu eigenständigen Keimbildungsstellen werden (Kornvermehrung).
Akustisches Strömen – Der Druckunterschied bewirkt eine Bewegung der gesamten Schmelze, wodurch gelöster Wasserstoff und Legierungselemente physikalisch durch die Schmelze transportiert werden.
Mikrostrahlverfahren – Hochgeschwindigkeitsstrahlen, die aus kollabierenden Blasen austreten, durchbrechen die schützenden Oxidschichten auf den Oberflächen der Einschlüsse und fördern so deren Aufschwimmen und Entfernung.

Wasserstoffentfernung mittels Kavitationsblasen

Gelöster Wasserstoff diffundiert aus dem geschmolzenen Metall in die sich ausdehnenden Kavitationsblasen. Die enorme Oberfläche der Kavitationsblasen (1 × 10¹¹ Blasen/m³) vergrößert die für den Wasserstofftransfer verfügbare Gas-Metall-Grenzfläche erheblich. Im Gegensatz zur Rotationsentgasung (die auf dem passiven Aufsteigen von Gasblasen beruht) entstehen bei der Kavitation kontinuierlich neue Blasenoberflächen. Während die Blasen zusammenfallen und sich neu bilden, wird mit Wasserstoff angereichertes Gas eingeschlossen und steigt zur Schmelzoberfläche auf, wo es in die Atmosphäre entweicht.

Ergebnis: Eine um 20 % höhere Entgasungsleistung als bei Rotationsverfahren, und das in einem Drittel der Zeit – 3 Minuten gegenüber mehr als 10 Minuten bei herkömmlichen Systemen.

Bekämpfung der Mittellinienabweichung: Mehrfrequenzbehandlung

Herkömmliche Einfrequenz-Ultraschallsysteme weisen eine entscheidende Einschränkung auf: Sie erzeugen stehende Wellen – Bereiche, in denen sich Schalldruckknoten ansammeln, wodurch im Zentrum des Barrens unbehandelte Totzonen entstehen. Dies untergräbt den Zweck der Ultraschallbehandlung beim Gleichstromguss, bei dem das Zentrum der Bereich ist, der am stärksten zur Segregation neigt.

Die NIMA-Generatoren von Sialon Ceramics lösen dieses Problem durch adaptive Mehrfrequenztechnologie. Durch die Variation der Ultraschallfrequenz während der Behandlung verhindert das System die Bildung stehender Wellen und sorgt dafür, dass die Kavitation gleichmäßig im gesamten Blockvolumen stattfindet. Diese Fähigkeit ermöglicht die Beseitigung der Mittelliniensegregation im industriellen Maßstab – eine Premiere bei ultraschallbehandelten Blöcken.

NIMA + Aktive Arc Ultrasonics: Ein Jahrzehnt gemeinsamer technischer Entwicklung

Die Behandlung von geschmolzenem Metall bei Temperaturen von über 700 °C mit Ultraschallenergie stellt extreme materielle Herausforderungen dar, die kein einzelnes Unternehmen allein bewältigen könnte. Sialon Ceramics und Aktive Arc Ultrasonics – Spezialisten für die Entwicklung von Hochleistungs-Ultraschallsystemen – haben über ein Jahrzehnt lang gemeinsam das NIMA-System als integrierte Lösung entwickelt: Sialon steuerte dabei die Materialwissenschaft für die keramischen Sonotroden bei, Aktive Arc die Architektur des Akustikmoduls und des Generators.

Das Ergebnis ist ein System, bei dem jede Komponente so konzipiert ist, dass sie mit allen anderen zusammenarbeitet – keine einfach angeflanschten Standardteile, sondern eine einheitliche technische Lösung vom Wandler bis zur Keramikspitze.

NIMA-Generator: Adaptive Mehrfrequenzarchitektur

Der gemeinsam mit Aktive Arc Ultrasonics entwickelte NIMA-Generator liefert die zentrale Innovation, die die Gleichstrombehandlung beim Gießen großer Barren erst möglich macht:

Adaptive Mehrfrequenzsteuerung – variiert die Frequenz während der Behandlung, um akustische stehende Wellen zu verhindern und sicherzustellen, dass die Kavitation das Zentrum des Barrens erreicht und nicht nur dessen Randbereich
1–5 kW Ausgangsleistung mit luft- oder wassergekühlten piezoelektrischen Wandlern
Skalierbarkeit auf Barren mit einem Gewicht von über 400 kg – das Problem der stehenden Wellen, das die Konkurrenz einschränkt, wurde auf Systemebene beseitigt
Es wird kein Trägergas benötigt – der Kavitationsmechanismus ersetzt die Argon-/Stickstoffzufuhr vollständig

Diese Architektur ermöglicht eine gleichmäßige Behandlung des gesamten Volumens in großen DC-Gießbecken – ein Problem, das Wettbewerber mit Einfrequenztechnik nicht lösen können.

Sonotroden aus Sialon-Keramik: Der Kontaktpunkt, der alles möglich macht

Die Sonotrode ist die Komponente, deren richtige Auslegung die größte Herausforderung darstellt – sie muss Ultraschallenergie effizient übertragen und gleichzeitig den chemischen Einflüssen des geschmolzenen Metalls, den Temperaturwechseln und der ständigen Kavitationsbelastung standhalten. Sialon fertigt diese Komponenten im eigenen Haus, wodurch die Partnerschaft die volle Kontrolle über die kritischste Schnittstelle des Systems erhält:

Chemisch inert in geschmolzenem Metall – keine Auflösung, keine Verunreinigung, keine Zusammensetzungsabweichung
Nichtbenetzung – die Keramikoberfläche weist die Metallschmelze ab, wodurch die akustische Kontaktleistung erhalten bleibt, ohne dass Luftspalten oxidieren
Hoher Elastizitätsmodul bei hohen Temperaturen – die Resonanzfrequenz bleibt selbst bei 1.800 °C stabil, während Metallsonotroden bei dieser Temperatur driften und an Effizienz verlieren
Temperaturwechselbeständigkeit – entwickelt für wiederholte Eintauchzyklen, nicht für den einmaligen Einsatz im Labor
Lebensdauer von über 1.000 Stunden im Vergleich zu 20–50 Stunden bei entsprechenden Produkten aus Titan oder Stahl

Die adaptive Frequenzregelung des NIMA-Generators und die Keramik-Sonotroden von Sialon bilden zusammen ein System, in dem keine der beiden Komponenten ohne die andere so gut funktionieren würde – und in dem in jeder Produktionscharge zehn Jahre gemeinsamer Entwicklungsarbeit stecken.

Was veröffentlichte DC-Casting-Versuche zeigen

Die Ultraschallbehandlung der Schmelze hat mittlerweile den Rahmen von Laborexperimenten deutlich überschritten und ist nun in dokumentierten DC-Gussversuchen im Pilot- und Industriemaßstab angekommen. Veröffentlichte Forschungsergebnisse der BCAST-Gruppe der Brunel University sowie in Fachzeitschriften begutachtete Literatur zum Thema Guss liefern ein einheitliches Belegmaterial, das sich über verschiedene Knüppeldurchmesser, Legierungssysteme und Sonotrodenkonfigurationen erstreckt.

Eine in der „IOP Conference Series: Materials Science and Engineering“ veröffentlichte Studie (Eskin et al., 2023) berichtet, dass die Kornverfeinerung „durch Ultraschallbehandlung in der DC-Gussform im Sumpf“ von Aluminiumbarren „erfolgreich durchgeführt wurde“ – wobei die Ultraschallbehandlung die Bildung von gefiederten Körnern direkt unterdrückte und eine messbar verfeinerte Kornstruktur über den gesamten Querschnitt des Barrens hinweg bewirkte.

Eine parallel dazu im JOM (Springer, 2020) veröffentlichte Studie untersuchte den Guss im Pilotmaßstab von Blöcken mit einem Durchmesser von 152 mm unter Anwendung einer Ultraschall-Schmelzbehandlung in der Gießrinne. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ultraschall-Schmelzbehandlung (UST) „die Gussstruktur eines Blocks deutlich verbessert und damit den Weg für eine Skalierung auf größere Maßstäbe ebnet“ – wobei der Kornverfeinerungseffekt bei Blöcken mit Durchmessern bestätigt wurde, die für den Produktionsbetrieb relevant sind.

Durch experimentelle Messungen validierte numerische Modellierungen (veröffentlicht in ScienceDirect) quantifizierten den Effekt im Maßstab: Die durchschnittliche Korngröße in der Mitte des Barrens war bei der Ultraschallbehandlung um 50 % geringer als ohne – wobei der Effekt an der Mittellinie am stärksten ausgeprägt war, genau dort, wo Segregation und grobe Kornstruktur beim herkömmlichen Gleichstromguss am problematischsten sind.

Präzedenzfall im industriellen Maßstab: Bis zu 1 Tonne im Gleichstrom-Gießverfahren

Professor Dmitry Eskins Überblick über die Ultraschall-Schmelzverarbeitung (Brunel University/BCAST) belegt, dass die einzigen bekannten Anwendungen der Ultraschall-Schmelzverarbeitung im industriellen Maßstab – darunter „ein Schmelzfluss von bis zu 1 Tonne beim Direktkühlguss großer Barren“ – mithilfe von magnetostriktiven Wandlern erreicht wurden, die gleichzeitig oder nacheinander zum Einsatz kamen. Damit wird ein klarer industrieller Präzedenzfall für die Behandlung von Großbarren im Direktkühlguss bei kommerziell relevanten Mengen geschaffen.

Was diese Studien über das Casting bei DC aussagen

Kornstruktur:

50 %ige Verringerung der Korngröße im Zentrum des Knüppels im Vergleich zu unbehandelten Kontrollproben
Unterdrückung der Bildung von federartigen Körnern im Gussbecken beim Gleichstromguss
Übergang von säulenförmiger zu gleichachsiger Kornstruktur (CET) bei Knüppeln erreicht, bei denen herkömmliche Kornverfeinerer allein nicht ausreichten
Gleichmäßige, feinkristalline, gleichachsige Struktur, die das grobe dendritische Wachstum von der Peripherie zur Mitte hin ersetzt

Entgasung:

Effizienz der kavitationsunterstützten Entgasung: 40–50 % unterhalb der Quasi-Gleichgewichts-Wasserstoffkonzentration
Die Behandlung ist in wenigen Minuten abgeschlossen – kompatibel mit den Durchlaufgeschwindigkeiten beim kontinuierlichen Gleichstromguss
Es ist kein inertes Trägergas erforderlich; die Schlackenbildung ist im Vergleich zur Argon-Entgasung drastisch reduziert (5-mal weniger Schlacke in dokumentierten Versuchen im Pilotmaßstab)

Segregation:

Akustisches Strömen gleicht die Temperatur im Schmelzbad aus und verhindert so eine Makrosegregation
Bei den behandelten Knüppeln wurde eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente über den gesamten Querschnitt der Barren hinweg bestätigt
Abweichung der Zusammensetzung in der Mittellinie im Pilotmaßstab beseitigt

Wirtschaftliche Annahmen (basierend auf veröffentlichten Daten):

Möglicher Wegfall der Kosten für die Argon-Entgasung
Mögliche Reduzierung oder vollständige Eliminierung der Zugaben von Masterlegierungen zur Getreideverfeinerung
Energieeffizienter Betrieb bei ~900 W–5 kW, je nach Blockgröße
Verkürzte Gusszykluszeit (Behandlung im Schacht in Minuten im Vergleich zu einer Verweildauer von mehr als 10 Minuten im Ofen)

Diese Ergebnisse stammen von unabhängigen Forschungsinstituten – dem BCAST der Brunel University – und wurden in Fachzeitschriften mit Peer-Review veröffentlicht. Sie stellen den etablierten Leistungsbereich für die Ultraschall-Schmelzbehandlung beim Gleichstromguss im Pilot- und Industriemaßstab dar.

Auswirkungen auf die Metallurgie: Von der Wasserstoffentfernung bis hin zu verbesserten Gießeigenschaften

Die kumulative Wirkung der Ultraschallbehandlung beim Gleichstromguss geht über die Wasserstoffentfernung hinaus und verändert die grundlegenden metallurgischen Eigenschaften des Blocks:

Mikrostrukturelle Umwandlung

Vor der Ultraschallbehandlung: Grobe dendritische Körner mit säulenförmigem Wachstum vom Rand des Barrens zur Mitte hin; großer Abstand zwischen den sekundären Dendritenarmen (SDAS); Legierungselemente, die sich in den interdendritischen Bereichen konzentrieren; Segregationsbänder, die parallel zu den Erstarrungsfronten verlaufen.

Nach der Ultraschallbehandlung: Feine, gleichachsige Körner (gleiche Größe in alle Richtungen); verringerter SDAS-Wert; gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente; Beseitigung der Segregationsstreifen im Zentrum des Barrens.

Diese Umgestaltung ist von entscheidender Bedeutung, da sie:

Verbessert die Ermüdungsfestigkeit (feine Körner verringern die Spannungskonzentration)
Verbessert die Duktilität (nachweislich doppelte Dehnung)
Verringert die Anfälligkeit für Heißrisse beim anschließenden Walzen/Strangpressen
Ermöglicht eine Vergrößerung der Barrengröße ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften

Oberflächenbeschaffenheit und geringere Verarbeitungsverluste

Die Ultraschallbehandlung reduziert Oberflächenfehler (Oxideinschlüsse, Porosität, Lochfraß), die andernfalls vor dem Walzen eine kostspielige Oberflächenbehandlung (Abschaben, chemische Reinigung) erfordern würden. Veröffentlichte Forschungsergebnisse und die Kavitationsphysik bestätigen:

Reduktion der Oberflächenoxidschicht: Durch Kavitation verursachte Mikrostrahlen zerstören die schützenden Oxidschichten, wodurch die Einschlüsse vor der endgültigen Verfestigung durch Flotation abgeschieden und entfernt werden können.
Geringere Ausschussquote: Weniger Barren werden nach dem Gießen aufgrund von Oberflächenfehlern aussortiert
Schnellere Weiterverarbeitung: Kürzere Aufbereitungszeit, geringerer Verschleiß bei der Bearbeitung durch abrasive Oxidschichten

Konsistenz der Legierung und Vorhersagbarkeit der mechanischen Eigenschaften

Der akustische Strömungseffekt der Ultraschallbehandlung sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Legierungselemente. Dies ist insbesondere von Vorteil bei:

Verteilung der Kornverfeinerer: Herkömmliche Ti-B-Vorlegierungen setzen sich ab oder segregieren; das Ultraschallmischen gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Keimbildnerpartikel
Mikrolegierungselemente (Sc, Zr in Legierungen für die Luft- und Raumfahrt): Eine gleichmäßige Verteilung verbessert die Ausscheidungshärtung in wärmebehandelten Barren
Gleichmäßigkeit über die gesamte Blockgeometrie hinweg: Randbereich und Zentrum erstarren mit vergleichbarer Mikrostruktur, was strengere Vorgaben für die mechanischen Eigenschaften ermöglicht

Warum das wichtig ist: Vom Labor in die Produktion

Der Übergang von der Rotationsentgasung oder Gasinjektion zur Ultraschallbehandlung ist nicht nur ein Effizienzgewinn. Er stellt eine Veränderung der grundlegenden Rahmenbedingungen des Gleichstromgusses dar:

Geschwindigkeit: Behandlungszyklen von 3 Minuten im Vergleich zu einer Verweildauer im Ofen von mehr als 10 Minuten ermöglichen höhere Gussraten, was bei der Großserienfertigung von entscheidender Bedeutung ist
Qualität im großen Maßstab: Die Ultraschallbehandlung von Blöcken mit einem Gewicht von über 400 kg – die bislang durch Interferenzen durch stehende Wellen eingeschränkt war – ist nun möglich. Veröffentlichte Versuchsergebnisse bestätigen dies im Pilot- und Industriemaßstab und eröffnen neue Marktsegmente für große Blöcke, bei denen herkömmliche Entgasungsverfahren keine gleichbleibenden Eigenschaften gewährleisten können.
Umweltverantwortung: Der Verzicht auf Argon/Stickstoff als Trägergas und die drastische Reduzierung der Schlacke stehen im Einklang mit den Nachhaltigkeitszielen in der Fertigung
Einfache Wartung: Stationäre Keramik-Sonotroden (keine rotierenden Teile) verringern den Wartungsaufwand im Vergleich zu rotierenden Rührwerken
Prozesszuverlässigkeit: Die adaptive Mehrfrequenzregelung macht die bei Einfrequenzsystemen erforderliche Feinabstimmung nach dem Prinzip „Versuch und Irrtum“ überflüssig.

Für Gießbetriebe, die anspruchsvolle Branchen beliefern – Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Hochleistungsschifffahrt –, führen diese Vorteile unmittelbar zu einer Verbesserung der Gussausbeute, schnelleren Qualifizierungszyklen für neue Legierungen und einer höheren Konsistenz der mechanischen Eigenschaften.

Probieren Sie Sialon-Keramik aus

Sialon Ceramics liefert das komplette Ultraschall-Entgasungssystem für Gleichstrom- und Stranggussverfahren – vom adaptiven NIMA-Mehrfrequenzgenerator bis hin zu den Hochtemperatur-Keramiksonotroden, die den Anforderungen industrieller Produktionsumgebungen standhalten. Dank ihrer über 20-jährigen Erfahrung in der Ultraschallmetallurgie in Verbindung mit der hauseigenen Fertigung von Keramiksonotroden verfügt das Unternehmen über das erforderliche integrierte Fachwissen, um die Ultraschallbehandlung vom Laborversuch bis zur Serienproduktion zu skalieren.

Wenn Sie DC-Gussanlagen betreiben und mit Wasserstoffporosität, Mittelliniensegregation oder Uneinheitlichkeiten in der Kornstruktur konfrontiert sind, ist die Ultraschallbehandlung eine vielversprechende Option, die es wert ist, geprüft zu werden. Wenden Sie sich direkt an Sialon Ceramics, um Ihre Gussanwendung zu besprechen und ein maßgeschneidertes Behandlungssystem für Ihr Produktionsvolumen zu erörtern.