DE2632259A1

DE2632259A1 - Tiegel zum schmelzen von superlegierungen auf nickelbasis

Info

Publication number: DE2632259A1
Application number: DE19762632259
Authority: DE
Inventors: David Alan Ford
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1976-07-17
Publication date: 1977-02-17
Also published as: JPS5218408A; DE2632259B2; FR2318838A1; JPS573627B2; DE2632259C3; FR2318838B1; US4006891A; GB1554105A

Description

Augsburg, den 16. Juli 1976

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square, London, England

Tiegel zum Schmelzen von Superlegierungen auf Nickelbasis

Die Erfindung betrifft einen Tiegel zum Schmelzen von Superlegierungen auf Nickelbasie, die eines oder mehrere Elemente der Alumiuium, Titan und Hafnium aufweisenden Elementengruppe enthalten, aus einem aus körnigem Magnesiumoxid und einem Bindemittel bestehenden Werkstoff.

Die Schmelztemperaturen von Superlegierungen der genannten Art liegen im Bereich von 1400 ⁰C bis l600 ⁰C. Sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, ist mit dem Ausdruck "Schmelztemperatur" diejenige Temperatur gemeint, bei welcher das Metall gegossen

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wird, und die höher als die Liquidustemperatur des Metalls sein kann. In dem genannten Temperaturbereich reagieren die Bindemittel der Werkstoffe bekannter Schmelztiegel mit dem Aluminium, Titan oder Hafnium der zu schmelzenden Legierungen und bilden Verbindungen, die in dem genannten Temperaturbereich flüssig sind und in der Schmelze unerwünschte Einschlüsse bilden können.

Auf diese Weise reagierende Bindemittel sind beispielsweise Kalzium, z.B. in Form von Kalziumaluminat, enthaltende Bindemittel. Es kann auch vorkommen, daß Kalzium als Verunreinigung in fester Lösung in dem Magnesiumoxid des Tiegelwerk3toffes vorkommt, und wenn die Menge dieser Verunreinigungen so groß ist, daß das Kalzium Bindungen zwischen den Magnesiumoxidkörnern bildet, so reagiert dieses bindende Kalzium in der beschriebenen Weise. Weitere bekannte Bindemittel wie beispielsweise Magnesiumsulfat oder Eisenoxid bilden in dem genannten Temperaturbereich ebenfalls Reaktionsprodukte, die in den genannten Legierungen unerwünscht 3ind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schmelztiegel derart auszubilden, daß Verunreinigungen der genannten Art in den herzustellenden Legierungen vermieden werden.

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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Tiegel gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet₉ daß der Werkstoff des Tiegels, nach Gewicht, 90 % bis 99$ körniges Magnesiumoxid mit einer Reinheit von mindestens 97 % und als Bindemittel 1 % bis 10 % eines Oxids der Gruppe Titanoxid, Hafniumoxid und Yttriumoxid enthält.

Titanoxid, Hafniumoxid und Yttriumoxid sind Oxide, die in dem genannten Temperaturbereich im Hinblick auf die Bildung von flüssigen Schlacken durch Reaktion mit Aluminium, Titan oder Hafnium inert sind. Mit anderen Worten, soweit eine Reaktion zwischen diesen Oxiden und den genannten Metallen stattfindet, ergeben sich nur feste Reaktionsprodukte an der Tiegelwand, welche die Schmelze nicht verunreinigen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird nachstehend ein Beispiel beschrieben.

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Magnes iumoxid	(MgO)
Titanoxid	(TiO₂)
Kalziumoxid	(CaO)
Siliziumoxid	(SiO₂)

Beispiel:

Es wurde ein Tiegel hergestellt, der, nach Gewichtsprozent, folgende Zusammensetzung aufwies:

95 % 2 % 2 % 1 %

Das Kalziumoxid und das Siliziumoxid waren als Verunreinigungen vorhanden. Das Magnesiumoxid selbst hatte eine Reinheit von 97 % und das Titanoxid eine Reinheit von 98 %. Beide Stoffe sind in diesen Reinheitsgraden im Handel erhältlich.

Das Magnesium war körnig und hatte eine Korngröße von 50 tem bis 2000 ^am. Das Titan lag als Pulver mit einer Teilchengröße von etwa 50 U.m vor.

Die Materialien wurden sorgfältig gemischt, wobei berücksichtigt wurde, daß das Titanoxid als Bindemittel für das körnige Magnesiumoxid benötigt wird. Jas Gemisch wurde dann in eine geeignete Form gefüllt, verdichtet und nach Herausnahme aus der Form bei einer Temperatur von I65O ⁰C gebrannt. Das Verdichten eines

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Gemisches in einer Form und das nachfolgende Brennen sind an sich bekannt und werden daher nicht weiter beschrieben. Es muß jedoch im Hinblick auf die Verwendung von Titanoxid als Bindemittel für das Magnesiumoxid erläutert werden, daß diese beiden Materialien miteinander leicht ein Eutektikum bilden, das eine Schmelztemperatur von etwa 1570 ⁰C aufweist, so daß bei einer Brenntemperatur von 1600 C bis 165O C eine gute Bindung der Magnesiumoxidkörner erhalten wird.

Der so hergestellte Tiegel wurde zum Vakuumschmelzen einer Legierung verwendet, die, nach Gewichtsprozent, folgende Zusammensetzung aufwies:

Kohlenstoff 0,17 %

Chrom 9,5 %

Molybdän 3,0 %

Kobalt 15,0 %

Aluminium 5,5 %

Titan 4,7 %

Zirkon 0,06 %

Bor 0,0152

Vanadium 0,9 %

Nickel Rest

Die Legierung wurde auf eine Temperatur von 1450 C gebracht, die etwa um 140 Grad über der Liquidustemperatur liegt. An der Oberfläche der Schmelz© war keine flüssige

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Schlacke erkennbar und eine metallurgische Untersuchung von aus der Schmelze hergestellten Gußstücken haben keine Schlackeneinschlüsse von Titan-Aluminat oder Titan-Titanat gezeigt, wie sie bei Reaktionen zwischen dem Titanoxid des Tiegels und dem Titan bzw. Aluminium der Schmelze zu erwarten wären. Bei einer Untersuchung des Tiegels wurden jedoch Aluminium- und Titanverbindungen an der Tiegelinnenfläche gefunden.

Dieses Ergebnis unterscheidet sich also klar von demjenigen beim Schmelzen der gleichen Legierung in Tiegeln, bei denen die Magnesiumoxidkörner mit Kalziumsilikat gebunden waren, das mit der Legierung reagiert und an der Schmelzenoberfläche deutlich sichtbare flüssige Schlacke bildet, die dann als Kalziumaluminat identifiziert werden kann.

Kalzium ist eine der häufigsten Verunreinigungen, die in fester Lösung in Magnesiumoxid auftreten, und wenn das Magnesiumoxid mehr als 2 % bis 3 % Kalziumoxid enthält, so geht dieses aus der Lösung heraus und bildet Bindungen zwischen den Magnesiumoxidkömern. Dieses bindende Kalziumoxid steht dann zur Bildung von Verbindungen mit Aluminium, Titan oder Hafnium aus der Legierung zur Verfügung, und

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diese Verbindungen bilden in dem zum Schmelzen und Gießen der Legierung benötigten Temperaturbereich, d.h. im Bereich von 1400 ⁰C bis 1600 ⁰C, flüssige Schlacken.

Wie bereits erwähnt, , ergibt sich bei Verwendung von Titanoxid als Bindemittel kein flüssiges Reaktionsprodukt mit Aluminium oder Titan aus der Schmelze, sondern die entstehenden Reaktionsprodukt wie beispielsweise Titan-Aluminat, Titan-Titanat oder (falls in der Schmelze Hafnium enthalten ist) Titan-Hafnat v/eisen alle eine Schmelztemperatur von mehr als l600 ⁰C auf.

Magnesiumoxid ist selbst, soweit es die Legierung betrifft, inert. Zumindest die geringen Mengen von Magnesiumaluminat oder Magnesiumhafnat, die an der Tiegeloberfläche gebildet werden, sind in dem genannten Temperaturbereich fest.

Außer Titanoxid sind auch, wie sich gezeigt hat, Hafniumoxid und Yttriumoxid in dem genannten Temperaturbereich gegenüber Aluminium, Titan und Hafnium inert und bilden gute Bindemittel für das körnige Magnesiumoxid. Daher können auch diese beiden Oxide anstelle von Titanoxid Anwendung finden.

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Claims

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Patentansprüche

■ 1. Tiegel zum Schmelzen von Superlegxerungen auf Nickelbasis, die eines oder mehrere Elemente der Aluminium, Titan und Hafnium aufweisenden Elementengruppe enthalten, aus einem aus körnigem Magnesiumoxid und einem Bindemittel bestehenden Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des Tiegels, nach Gewicht, 90 % bis 99 % körniges Magnesiumoxid mit einer Reinheit von mindestens 97 % und als Bindemittel 1 % bis 10 % eines Oxids der Gruppe Titanoxid, Hafniumoxid und Yttriumoxid enthält.
2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelwerkstoff Kalziumoxid und/oder Siliziumoxid in einem Anteil bis zu 3 % als zulässige Verunreinigung enthält.
3. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegelwerkstoff, nach Gewicht, 94 % bis 96 % körniges Magnesiumoxid und 1 % bis 3 % pulveriges Titanoxid und 3 % Kalziumoxid und/oder Siliziumoxid als zulässige Verunreinigung enthält.

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4. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesiumoxid höchstens 2 % Kalziumoxid als zulässige Verunreinigung enthält. ' ■ -

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