De uitdaging van zuurstofafgifte door MgO-kroezen bij inductiesmelten

Bij de productie van nikkelgebaseerde superlegeringen is vacuüm-inductiesmelten (VIM) een cruciaal proces. Een vaak onderschatte uitdaging is echter dat de MgO-kroes zelf kan fungeren als een onbedoelde zuurstofbron.

Fenomeen van zuurstoftoevoer

Eerdere studies (e.g., Wu Chaowan 1964) gaven aan dat tijdens vacuüm-inductiesmelten (VIM) van zuiver ijzer de kroeswand zuurstof aan de smelt kan afgeven, waardoor het zuurstofgehalte van het metaal na een initiële reductie opnieuw toeneemt. Recent onderzoek (Li et al., 2024) bevestigt dat zelfs hoogzuivere MgO-kroezen onder hoge vacuüm- en hoge temperatuuromstandigheden een lichte ontleding kunnen ondergaan (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Invloed op de gietkwaliteit

• In smelten van zuiver nikkel daalt het zuurstofgehalte aanvankelijk, maar neemt daarna weer toe;
• In nikkelgebaseerde legeringen kan een verhoogd zuurstofgehalte leiden tot Al₂O₃-inclusies, wat de kruipweerstand en treksterkte vermindert;
• Deze inclusies verslechteren de langetermijnprestaties en betrouwbaarheid van de legering.

Technische controlestrategie van Weiert Ceramics

• Gebruik van ultrazuivere MgO-grondstoffen (≥99,7 %) om interne zuurstofbronnen te minimaliseren;
• Strikte vacuümcontrole en handhaving van de smelttemperatuur rond 1.550 °C.

Verificatie en resultaten

In vergelijkende tests verlaagden de aangepaste kroezen van Weiert Ceramics het zuurstofgehalte van de smelt van circa 3,2 × 10⁻⁶ tot ongeveer 1,4 × 10⁻⁶, waarbij de zuurstoftoevoer met ongeveer 60 % werd verminderd.

Samenvatting

Zuurstoftoevoer vanuit kroezen vormt een verborgen bron van contaminatie. Door het gebruik van hoogzuivere materialen en beschermende coatings biedt Weiert Ceramics geavanceerde kroesoplossingen die een verbeterde legeringszuiverheid en procesherhaalbaarheid mogelijk maken.

Referenties：

• 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.