Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

Kurzfassung
XXIII
Unabhängig von der Zahl der Umschmelzungen sind ca. 3 Gew.-% Cr, das unter
Vakuum aus der Legierung abdampft /HÖR00/, in den Spinellaggregaten enthalten,
die sich in den ersten Mikrometern der Tiegelinnwand befinden. Die guten
Hochtemperatur- und Korrosionseigenschaften der Spinelltiegel gegenüber Metallschmelzen
bleiben bei dem zusätzlichen Einbau von Cr auf Zwischengitterplätze
oder der Substitution von Mg oder Al durch Cr unbeeinflusst /HEN99/, /ENG96a/.
In keiner der untersuchten Legierungen wurden oxidische Einschlüsse oder Tiegelausbrüche
festgestellt. Die Gehalte der Legierungselemente von IN 792 befinden
sich nach einmaligem Umschmelzen, was einem Abguss im Gießprozess entspricht,
innerhalb zulässiger Toleranzen der vorgegebenen Spezifikation /SIE96/.
Korrosionsverhalten des Tiegels und Reaktionsverlauf
Selbst nach 20 Umschmelzzyklen sind die Tiegel mechanisch unbeschädigt.
Bezüglich der Wechselwirkungen sind zwischen der Kontaktzone Ofenatmosphäre/Keramik/Metall
und der Kontaktzone Metall/Keramik (gesamte Tiegelhöhe
und Boden) keine Unterschiede feststellbar. Da nie ein Eindringen der Schmelze
in den Spinell-Tiegel beobachtet wurde, sind Transportvorgänge infolge von Oberflächen-
und Korngrenzen-Diffusion anzunehmen. Wechselwirkungen zwischen
der Legierung und der Bindephase des Tiegelmaterials führen zum Aufbau einer
oxidischen Reaktionsschicht aus einem Schlackefilm, der an der Tiegelwand
anhaftet, und einem Bereich veränderter Tiegelinnenwand. (Bild 1.14). Die bis zu
1,2 mm großen Spinellaggregate sind hieran nicht beteiligt.
Ausgangszustand 1 x 5 x 10 x 10-20 x 20 x
Legierung
Gusshaut
Schlackeschicht
Poren
Reaktionsschicht in Tiegelinnenwand
Tiegel
Anzahl der Umschmelzzyklen
15 �m 35 �m
Cr, Zr, Ti, Co, Hf
Bildung von ZrO 2 , TiO 2 , Cr 2 O 3 , Co 2 O 3 , HfO 2
80 �m
Mg Sekundärspinellbildung
Getterschicht=Diffusionsbarriere
Cr, Co nur in Zementagglomeraten
Bild 1.14: Schematischer Reaktionsverlauf an der Metall/Keramik Grenzfläche und
Wirkungsweise des Spinellbeton-Tiegels als Funktion der Umschmelzzyklen. Die komplexen
Zusammenhänge sind im Text erläutert.
Nach einmaligem Abgießen bleibt neben der typischen Gusshaut aus oxidierten
Legierungselementen ein schmaler oxidischer Schlackenfilm an der Tiegelinnenwand
haften. Diese ca. 15 µm breite Schicht wächst nach 5 Umschmelzzyklen auf
eine Gesamtbreite von 35 µm heran (Bild 1.15a). Der hohe Mg-Gehalt nahe der
Grenzfläche deutet zum einen auf die Dissoziation des in der Bindephase enthaltenen
MgO hin. Zum anderen verarmen die verschiedenen Spinellzusammensetzungen
an Mg. Mg diffundiert in Richtung der heißen Legierung und der Spinell