La problematica dell’apporto di ossigeno dai crogioli MgO nella fusione a induzione

Nella produzione di superleghe a base di nichel, il processo di fusione a induzione sotto vuoto (VIM) è di importanza critica. Tuttavia, una problematica spesso sottovalutata è che il crogiolo in MgO stesso può agire come fonte involontaria di ossigeno.

Fenomeno dell’apporto di ossigeno

Studi precedenti (e.g., Wu Chaowan 1964) hanno indicato che durante la fusione a induzione sotto vuoto (VIM) del ferro puro, la parete del crogiolo può rilasciare ossigeno nel fuso, causando un aumento del contenuto di ossigeno del metallo dopo una riduzione iniziale. Ricerche recenti (Li et al., 2024) confermano che anche i crogioli in MgO ad alta purezza possono subire una lieve decomposizione in condizioni di alto vuoto e alta temperatura (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Impatto sulla qualità di colata

• Nei fusi di nichel puro, i livelli di ossigeno diminuiscono inizialmente ma successivamente aumentano;
• Nelle leghe a base di nichel, l’aumento dell’ossigeno può portare alla formazione di inclusioni di Al₂O₃, riducendo la resistenza al creep e le proprietà di trazione;
• Tali inclusioni compromettono le prestazioni a lungo termine e l’affidabilità della lega.

Strategia di controllo tecnico di Weiert Ceramics

• Utilizzo di materie prime in MgO ultrapure (≥99,7 %) per ridurre al minimo le fonti interne di ossigeno;
• Controllo rigoroso del vuoto e mantenimento della temperatura del fuso intorno a 1.550 °C.

Verifica e risultati

In prove comparative, i crogioli modificati di Weiert Ceramics hanno ridotto il contenuto di ossigeno nel fuso da circa 3,2 × 10⁻⁶ a circa 1,4 × 10⁻⁶, con una riduzione del tasso di apporto di ossigeno di circa il 60 %.

Sintesi

L’apporto di ossigeno dai crogioli rappresenta una fonte di contaminazione nascosta. Grazie all’impiego di materiali ad alta purezza e rivestimenti protettivi, Weiert Ceramics offre soluzioni avanzate di crogioli che migliorano la purezza della lega e la ripetibilità del processo.

Riferimenti bibliografici：

• 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.