Herausforderung der Sauerstofffreisetzung von MgO-Tiegeln bei der Induktionsschmelze

Bei der Herstellung nickelbasierter Superlegierungen ist das Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM) ein zentraler Prozess. Eine häufig unterschätzte Herausforderung besteht jedoch darin, dass der MgO-Tiegel selbst als unbeabsichtigte Sauerstoffquelle wirken kann.

Phänomen der Sauerstoffabgabe

Frühere Studien (e.g., Wu Chaowan 1964) zeigten, dass während des Vakuum-Induktionsschmelzens (VIM) von reinem Eisen die Tiegelwand Sauerstoff in die Schmelze abgeben kann, wodurch der Sauerstoffgehalt des Metalls nach einer anfänglichen Reduktion erneut ansteigt. Neuere Untersuchungen (Li et al., 2024) bestätigen, dass selbst hochreine MgO-Tiegel unter Hochvakuum- und Hochtemperaturbedingungen eine geringe Zersetzung erfahren können (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Einfluss auf die Gussqualität

• In Schmelzen aus reinem Nickel sinkt der Sauerstoffgehalt zunächst, steigt jedoch anschließend wieder an;
• In nickelbasierten Legierungen kann ein erhöhter Sauerstoffgehalt zur Bildung von Al₂O₃-Einschlüssen führen, was die Kriechbeständigkeit und die Zugfestigkeit reduziert;
• Diese Einschlüsse beeinträchtigen die Langzeitperformance und Zuverlässigkeit der Legierung.

Technische Kontrollstrategie von Weiert Ceramics

• Einsatz von ultrahochreinen MgO-Rohstoffen (≥99,7 %) zur Minimierung interner Sauerstoffquellen;
• Strikte Vakuumführung und Begrenzung der Schmelztemperatur auf etwa 1.550 °C.

Verifikation und Ergebnisse

In Vergleichsversuchen senkten die modifizierten Tiegel von Weiert Ceramics den Sauerstoffgehalt der Schmelze von etwa 3,2 × 10⁻⁶ auf rund 1,4 × 10⁻⁶, wobei die Sauerstoffabgaberate um ungefähr 60 % reduziert wurde.

Zusammenfassung

Die Sauerstoffabgabe aus Tiegeln stellt eine verborgene Kontaminationsquelle dar. Durch den Einsatz hochreiner Materialien und schützender Beschichtungen bietet Weiert Ceramics fortschrittliche Tiegellösungen zur Verbesserung der Legierungsreinheit und der Prozessreproduzierbarkeit.

Literaturverzeichnis：

• Wu Chaowan, Studies on MgO Crucible in Vacuum Induction Furnace for Pure Iron Melting, Acta Metallurgica Sinica, 1964.
• Li Xu-Ze et al., Deoxidation of Nickel-Based Superalloy Using Carbon under High Vacuum Considering MgO-Crucible Decomposition, Metallurgical & Materials Transactions B, 2024.
• Yan Jing, Vacuum Induction Melting of BY-Series Deformation Nickel-Based Superalloy: Loss Mechanisms of MgO Crucibles, Journal of Large-Scale Forgings & Presses, 2024.