Problem dostarczania tlenu przez tygle MgO w procesie topienia indukcyjnego

W produkcji superstopów na bazie niklu proces topienia indukcyjnego w próżni (VIM) ma kluczowe znaczenie. Jednak często niedocenianym wyzwaniem jest fakt, że sam tygiel MgO może stanowić niezamierzone źródło tlenu.

Zjawisko dostarczania tlenu

Wcześniejsze badania (e.g., Wu Chaowan 1964) wskazywały, że podczas topienia indukcyjnego w próżni (VIM) czystego żelaza ściana tygla może uwalniać tlen do ciekłego metalu, powodując ponowny wzrost zawartości tlenu po początkowej redukcji. Najnowsze badania (Li et al., 2024) potwierdzają, że nawet tygle MgO o wysokiej czystości mogą ulegać niewielkiemu rozkładowi w warunkach wysokiej próżni i wysokiej temperatury (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Wpływ na jakość odlewu

• W ciekłym niklu zawartość tlenu początkowo maleje, a następnie ponownie wzrasta;
• W stopach na bazie niklu wzrost zawartości tlenu może prowadzić do powstawania wtrąceń Al₂O₃, obniżając odporność na pełzanie i własności wytrzymałościowe;
• Wtrącenia te pogarszają długoterminowe osiągi i niezawodność stopu.

Strategia kontroli technicznej Weiert Ceramics

• Zastosowanie ultraczystych surowców MgO (≥99,7 %) w celu minimalizacji wewnętrznych źródeł tlenu;
• Ścisła kontrola próżni oraz utrzymanie temperatury ciekłego metalu na poziomie około 1.550 °C.

Weryfikacja i wyniki

W testach porównawczych zmodyfikowane tygle Weiert Ceramics obniżyły zawartość tlenu w ciekłym metalu z około 3,2 × 10⁻⁶ do około 1,4 × 10⁻⁶, przy jednoczesnym zmniejszeniu szybkości dostarczania tlenu o około 60 %.

Podsumowanie

Dostarczanie tlenu z tygli stanowi ukryte źródło zanieczyszczeń. Dzięki zastosowaniu materiałów o wysokiej czystości oraz powłok ochronnych, Weiert Ceramics oferuje zaawansowane rozwiązania tygli, które poprawiają czystość stopu i powtarzalność procesu.

Bibliografia：

• 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.