O desafio do fornecimento de oxigénio pelos cadinhos MgO na fusão por indução

Na produção de superligas à base de níquel, o processo de fusão por indução a vácuo (VIM) é fundamental. No entanto, um desafio frequentemente subestimado é o facto de o próprio cadinho de MgO poder atuar como uma fonte involuntária de oxigénio.

Fenómeno do fornecimento de oxigénio

Estudos anteriores (e.g., Wu Chaowan 1964) indicaram que, durante a fusão por indução a vácuo (VIM) de ferro puro, a parede do cadinho pode libertar oxigénio para o fundido, causando um novo aumento do teor de oxigénio no metal após uma redução inicial. Investigações recentes (Li et al., 2024) confirmam que mesmo cadinhos de MgO de alta pureza podem sofrer uma ligeira decomposição sob condições de alto vácuo e elevada temperatura (MgO(s) ⇌ Mg(g) + ½ O₂(g)).

Impacto na qualidade da fundição

• Em fundidos de níquel puro, os níveis de oxigénio diminuem inicialmente, mas depois aumentam novamente;
• Em ligas à base de níquel, o aumento do oxigénio pode originar inclusões de Al₂O₃, reduzindo a resistência à fluência e as propriedades de tração;
• Estas inclusões degradam o desempenho e a fiabilidade a longo prazo da liga.

Estratégia de controlo técnico da Weiert Ceramics

• Utilização de matérias-primas de MgO de ultra-alta pureza (≥99,7 %) para minimizar fontes internas de oxigénio;
• Controlo rigoroso do vácuo e manutenção da temperatura do fundido em torno de 1.550 °C.

Verificação e resultados

Em ensaios comparativos, os cadinhos modificados da Weiert Ceramics reduziram o teor de oxigénio do fundido de cerca de 3,2 × 10⁻⁶ para aproximadamente 1,4 × 10⁻⁶, com uma redução da taxa de fornecimento de oxigénio de cerca de 60 %.

Resumo

O fornecimento de oxigénio a partir dos cadinhos constitui uma fonte oculta de contaminação. Ao empregar materiais de alta pureza e revestimentos protetores, a Weiert Ceramics oferece soluções avançadas de cadinhos que permitem melhorar a pureza da liga e a repetibilidade do processo.

Referências：

• 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.