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Sauerstoffaktivitätsmessung

Metallurgy
Bestimmung der Sauerstoffaktivität in Metallschmelzen mithilfe einer Messsonde, die ein Thermoelement und eine elektrochemische Zelle mit einem Feststoffelektrolyt, zum Beispiel stabilisiertes Zirconiumoxid, enthält (Sauerstoffbestimmung). Primär gemessen werden die Temperatur und die im Elektrolyt entstehende elektrische Spannung beziehungsweise elektromotorische Kraft (EMK). Aus den Messwerten von Temperatur und EMK wird der Sauerstoffpartialdruck in der Schmelze und daraus die Sauerstoffaktivität, bezogen auf den Standardzustand, berechnet.

Die Sauerstoffaktivität steht mit dem Gehalt der Schmelze an gelöstem Sauerstoff in unmittelbarer Beziehung. Daher hat die Sauerstoffaktivitätsmessung in Stahlwerken bei der Herstellung hochwertiger Stähle zur Beurteilung des Desoxidationsgrades Eingang gefunden. Auch bei der Erzeugung von Gusseisen mit Kugelgraphit ist das Verfahren anwendbar, weil ja durch den Magnesiumzusatz, der für die Kugelgraphitbildung notwendig ist, ebenfalls eine intensive Desoxidation und Entschwefelung der Gusseisenschmelze stattfindet, die zur Einstellung eines Lösungsgleichgewichtes zwischen dem gelösten Sauerstoff- und gelösten Magnesiumgehalt führt (Bild  1). Die Kugelgraphitbildung tritt ein, sobald genügend Magnesium in der Schmelze gelöst ist. Die Sauerstoffaktivität ist über den gelösten Sauerstoffgehalt mit dem gelösten Magnesiumgehalt verknüpft und zeigt somit den Übergang vom Lamellengraphit zu Kugelgraphit, der in Bild 2 bei einem Wert von 10–7 liegt und durch einen sprunghaften Anstieg der Zugfestigkeit und Dehnung gekennzeichnet ist, an. Die Sauerstoffaktivität stellt daher einen sehr nützlichen Indikator zur Beurteilung der Wirksamkeit der Magnesiumbehandlung und der Tendenz der Schmelze Kugelgraphit zu bilden dar, der in der betrieblichen Praxis zur Schmelzekontrolle herangezogen werden kann.

Bild 1: Beziehung zwischen den Gehalten an gelöstem Sauerstoff und gelöstem Magnesium im Gusseisen mit Kugelgraphit (nach R. Schlüsselberger)© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Der Übergang von Gusseisen mit Kugelgraphit zu Gusseisen mit Lamellengraphit findet bei einer Sauerstoffaktivität von 10 statt, Wanddicke 25 mm (nach R. Hummer)© GIESSEREI LEXIKON

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