Mikrostruktur und Eigenschaften keramischer Formmassen ... - OPUS

Kurzfassung
Vergleich von Spinellbeton-Tiegeln mit MgO- und Al2O3-Tiegeln
XXV
Für die Bewertung im Gießprozess wurden je 10 kg einer IN 792-ähnlichen Nickelbasis-Superlegierung
WTM1 in einem Spinellbeton-Tiegel (WTM), einem MgOund
einem Al2O3-Tiegel (beide Fa. Morgan) aufgeschmolzen und in der Gießanlage
DS-Unit 3 für 1 h bei 1500 °C gehalten. Nach dem Abguss wurde die Restfestigkeit
anhand von Biegestäben im Vierpunktbiegeversuch bestimmt (Bild 1.16).
Biegebruchspannung
�0 in MPa
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Standzeit
Hochtemperaturfestigkeit
Thermowechselbeständigkeit
MgO-
Tiegel
Spinellbeton-
Tiegel
Al 2O 3-
Tiegel
1 1-5 mindestens 10-20
Zahl der möglichen Abgüsse
TWB (1500 °C/1 h/Luft)
zyklisch 5x-20x,
������������T=1000 °C/1500 °C
Abguss
TWB (5x 1500 °C/1 h/Luft)
HT (1500 °C/1 h)
Bild 1.16: Festigkeiten nach unterschiedlichen Thermobehandlungen bei 1500 °C von
Spinellbeton-, MgO- und Al2O3-Tiegematerial. Die Thermowechselbeständigkeit, die
Hochtemperaturbeständigkeit und die Standzeit des Spinelltiegels ist deutlich erhöht.
Die Festigkeit der Spinellbeton-Tiegel ist sowohl nach dem Abguss (�0=14 MPa)
als auch nach zyklischen Abschreckversuchen von 1500 °C an Luft immer deutlich
höher als die Festigkeiten von SiO2-gebundenen MgO (�0=3 MPa) und Al2O3-
Tiegeln (�0=10 MPa) (Bild 1.16). Für wiederholten Einsatz im Gießprozess bei
1500 °C bedeutet dies die höchste Standzeit der betrachteten Tiegelmaterialien.
Während der Spinellbeton-Tiegel nach dem Abguss unbeschädigt ist, zeigen die
beiden anderen Tiegel bis zu 1 mm große Ausbrüche an der Tiegelinnenfläche
und klaffende Risse über die gesamte Tiegellänge (Bild 1.17a). Die glatte und
dichte Oberfläche und die gute Anbindung zwischen Spinellaggregaten und Matrix
verhindern das Eindringen der Schmelze in den Spinellbeton-Tiegel (Bild 1.17c).
Durch die in MgO- und Al2O3-Tiegeln gebildeten Risse dringt die Metallschmelze
WTM1 ca. 4-5 mm tief in das Tiegelmaterial ein (Bild 1.17d). Dieses wurde auch
nach Umschmelzversuchen von 800 g der Legierung IN 792 in kleinen Tiegeln
beobachtet (Bild 1.17b). Die Legierungen enthalten bis zu 3 Gew.-% Si, welches
Folge der Reaktion der Legierung mit dem SiO2 und der Diffusion von Si aus der
Tiegelbindephasen in die Metallschmelze ist /GRO98/. Dieser Si-Gehalt in der
Legierung führt letztendlich zum Ausschuss der Bauteile /GRO00/.
Die auf 100 �m beschränkte Reaktionsschicht an der Grenzfläche Metall-Keramik
erklärt die Korrosionsbeständigkeit der Spinellbeton-Tiegel. Ihr Gefüge bleibt unverändert
und damit auch die mechanischen und thermischen Eigenschaften.