Innovative Feuerfest- und Induktionsschmelzsysteme für Titan und Titanlegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christos G. Aneziris; Professor Dr.-Ing. Bernd Friedrich
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275028606

Vakuuminduktionschmelzen bietet die Möglichkeit der effizienten pyrometallurgischen Herstellung, des Recyclings sowie einer günstigeren Gießroute von Titanwerkstoffen. Eine wesentliche Herausforderung stellt allerdings die Korrosion der eingesetzten feuerfesten Werkstoffe dar, da Titanbasislegierungen aufgrund der hohen Sauerstoffaffinität äußerst aggressiv sind. Weiterhin haben die Gasatmosphäre, thermomechanische Spannungen und die Legierungszusammensetzung einen großen Einfluss auf den Verschleiß der feuerfesten Werkstoffe.Im Rahmen des vorliegenden Projektantrages soll auf Grundlage der Kooperation aus der ersten Phase der DFG-Forschergruppe FOR 1372 das Schmelzen von Titan und Titanlegierungen in feuerfesten Werkstoffen auf Calciumzirkonat-Basis soweit erforscht werden, dass ein Transfer in die industrielle Praxis erfolgen kann. Gemeinsam mit den Anwendungspartnern erfolgt sowohl eine Erforschung von Fertigtiegeln für den Formguss (kalt-isostatisches Pressen und Druckschlickerguss) als auch eine apparative Anpassung durch die Entwicklung von Gieß- und Stampfmassen für Großtiegelbauteile für das Recycling und die Primärmaterialherstellung von Titanwerkstoffen in großen Schmelzöfen. Dabei bringen die Anwendungspartner ihre Expertise und Leistungen bezüglich der Gießereitechnik (Indutherm), der Herstellung und Anwendung von Gieß- und Stampfmassen (Refratechnik) und dem Schmelzen von reaktiven und hochschmelzenden Legierungen in großen Vakuuminduktionsschmelz-Aggregaten (VACUUMSCHMELZE) ein.In Labor-Schmelzversuchen (0,5 - 1l) werden Bedingungen und Prozessfenster erforscht, die das Schmelzen von Titanlegierungen innerhalb der Standards bezüglich der Sauerstoffverunreinigung zulassen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf Ti6Al4V und die Wirkung von Legierungselementen wie Aluminium, Vanadium, Zinn und Molybdän (z.B. Ti6Al2Sn4Zr6Mo) auf die Feuerfestkorrosion. Dabei sollen sowohl die Temperatur, die Haltezeit und die Möglichkeit einer Desoxidation durch Additive gezielt untersucht werden. Erstmalig soll auch ein Überdruck eingestellt werden, weil bekannt ist, dass eine Verdampfung von Calcium bei calciumhaltigen Feuerfestwerkstoffen zu einer schnellen Sauerstoffaufnahme der Schmelze und damit einer Verunreinigung führt. Diese metallurgischen Untersuchungen sind sowohl für die Gießereitechnik als auch für das Recycling von Titanwerkstoffen von hohem Interesse.Eine technische Machbarkeit eines Recyclingprozesses von Titanwerkstoffen mittels Vakuuminduktionschmelzen setzt eine entsprechende Größe der Aggregate voraus. Bislang scheiterten alle vielversprechenden alternativen Herstellungsrouten wie die elektrochemische Reduktion (FCC-Prozess) an einer großtechnischen Übertragung. Aus diesem Grund soll in einem Scale-Up-Schritt auf einen 14 l Maßstab gezeigt werden, dass das Schmelzen in großtechnischen Anlagen von Titan in einem feuerfesten Tiegel möglich ist, ohne Verunreinigungsgrenzen zu überschreiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: INDUTHERM Erwärmungsanlagen GmbH; Refratechnik Steel GmbH