nichtoxidierendes Schmelzen

Metallurgy
Schmelzebehandlung, speziell für Kupfer und Kupferlegierungen, die einen Sauerstoffzutritt zum flüssigen Metall verwehrt. Das Schmelzbad wird mit einem neutralen oder reduzierenden Schmelzhilfsmittel abgedeckt. Bei brennstoffbeheizten Öfen wird eine schwach oxidierende Flammenführung eingestellt, die lediglich die Aufgabe hat, eine vollständige Verbrennung zu gewährleisten, sodass die Ofenatmosphäre wasserstofffrei ist und eine Wasserstoffaufnahme, beispielsweise durch die Tiegelwand hindurch, somit ausgeschlossen ist. Die Abdeckung kann neutral oder reduzierend sein. Sie schützt die Schmelzbadoberfläche vor Oxidation und vermindert daher auch den Abbrand. Vorzugsweise werden beim nichtoxidierenden Schmelzen reduzierende Abdeckungen, zum Beispiel Holzkohle, verwendet. Die Holzkohle muss absolut trocken sein und soll auf der Schmelze eine genügend hohe Schichtdicke von mindestens 100 mm bilden. Sie wird zweckmäßigerweise schon mit dem kalten Einsatz in den Tiegel gegeben. Die Holzkohle verbrennt bei den hier vorherrschenden Schmelzbadtemperaturen unter Bildung von Kohlenmonoxidgas (CO), das reduzierend wirkt und den Sauerstoffzutritt aus der schwach oxidierenden Ofenatmosphäre verwehrt.

Ofen- und Schmelzbadatmosphäre sind zu differenzierern: Beim nichtoxidierenden Verfahren mit Holzkohlenabdeckung ist die Ofenatmosphäre schwach oxidierend und die Gasatmosphäre über dem Schmelzbad reduzierend. Die geringe Sauerstoffaufladung infolge Tiegeldiffusion führt zwar zu einer Oxidation der Legierungsbestandteile und auch des eventuell gelösten Wasserstoffs im Sinne einer oxidierenden Schmelzweise. Wenn jedoch mit nur geringem Luftüberschuss, das heißt schwach oxidierend, gefahren wird, sind die Abbrandverluste dennoch sehr niedrig, und der durch Oxidation des Wasserstoffs entstandene Wasserdampf entweicht in die Holzkohlenschicht, wo er zum Teil wieder zu Wasserstoff reduziert wird.

Die Entfernung des gelösten Wasserstoffs erfolgt am Schluss der Schmelzebehandlung und vor der gegebenenfalls erforderlichen Desoxidation durch Spülen mit einem inerten Gas, zum Beispiel Stickstoff. Zweckmäßig ist die Verwendung stickstoffabgebender Spülgastabletten, die in die Schmelze getaucht werden.

Der Vorteil des nichtoxidierenden Schmelzens besteht in der Vermeidung eines relativ hohen Abbrandes, wie er beim oxidierenden Schmelzen in Kauf genommen werden muss, und in der treffsicheren Desoxidation, sofern die Restphosphorgehalte im Einsatzmetall nicht allzu hoch sind. Das Verfahren lässt sich auch beim Induktionsrinnen- oder -tiegelofen anwenden.

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