El desafío del aporte de oxígeno de los crisoles MgO en la fusión por inducción

En la producción de superaleaciones a base de níquel, el proceso de fusión por inducción al vacío (VIM) es fundamental. Sin embargo, un desafío a menudo subestimado es que el propio crisol de MgO puede actuar como una fuente involuntaria de oxígeno.

Fenómeno de aporte de oxígeno

Estudios anteriores (e.g., Wu Chaowan 1964) indicaron que durante la fusión por inducción al vacío (VIM) de hierro puro, la pared del crisol puede liberar oxígeno al fundido, provocando que el contenido de oxígeno del metal vuelva a aumentar tras una reducción inicial. Investigaciones recientes (Li et al., 2024) confirman que incluso los crisoles de MgO de alta pureza pueden sufrir una ligera descomposición bajo condiciones de alto vacío y alta temperatura (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Impacto en la calidad de la colada

• En fundidos de níquel puro, los niveles de oxígeno disminuyen inicialmente, pero posteriormente se incrementan;
• En aleaciones a base de níquel, el aumento de oxígeno puede generar inclusiones de Al₂O₃, reduciendo la resistencia a la fluencia y las propiedades a tracción;
• Estas inclusiones deterioran el rendimiento y la fiabilidad a largo plazo de la aleación.

Estrategia de control técnico de Weiert Ceramics

• Uso de materias primas de MgO ultrapuras (≥99,7 %) para minimizar las fuentes internas de oxígeno;
• Control estricto del vacío y mantenimiento de la temperatura del fundido en torno a 1.550 °C.

Verificación y resultados

En ensayos comparativos, los crisoles modificados de Weiert Ceramics redujeron el contenido de oxígeno del fundido de aproximadamente 3,2 × 10⁻⁶ a cerca de 1,4 × 10⁻⁶, con una disminución de la tasa de aporte de oxígeno de alrededor del 60 %.

Resumen

El aporte de oxígeno desde los crisoles constituye una fuente oculta de contaminación. Mediante el empleo de materiales de alta pureza y recubrimientos protectores, Weiert Ceramics ofrece soluciones avanzadas de crisoles que mejoran la pureza de la aleación y la repetibilidad del proceso.

Referencias：

• 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.