Unter Luftschmelzen versteht man das Schmelzen von Metallen oder Legierungen in einer offenen Umgebung, in der sie der Luft ausgesetzt sind. Dieses Verfahren kann zur Bildung von Oxiden, Nitriden und anderen Verunreinigungen führen, die durch die Reaktion des geschmolzenen Metalls mit dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff entstehen. Diese Verunreinigungen können die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts erheblich beeinträchtigen, was häufig zu einer geringeren Festigkeit, Duktilität und anderen kritischen Eigenschaften führt.
Ausführliche Erläuterung:
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Exposition gegenüber Luft: Beim Schmelzen an der Luft wird das Metall oder die Legierung erhitzt, bis es seinen Schmelzpunkt erreicht und sich von einem festen in einen flüssigen Zustand verwandelt. Dieser flüssige Zustand ist sehr reaktiv, insbesondere mit Elementen wie Sauerstoff und Stickstoff. Die Anwesenheit von Luft während dieses Prozesses ermöglicht einen direkten Kontakt zwischen dem geschmolzenen Metall und diesen reaktiven Elementen.
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Bildung von Verunreinigungen: Die hohe Affinität vieler Legierungselemente zu Sauerstoff und Stickstoff führt zur Bildung von Oxiden und Nitriden. Diese Verbindungen können zu Einschlüssen in der Metallmatrix werden und die Kontinuität und Homogenität des Werkstoffs stören. Oxide können beispielsweise als Spannungskonzentratoren wirken und zu einem vorzeitigen Versagen unter Belastung führen.
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Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften: Die beim Schmelzen an der Luft gebildeten Einschlüsse können die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe drastisch beeinflussen. Sie können die Fähigkeit des Werkstoffs, Spannungen zu widerstehen, ohne zu brechen (Zugfestigkeit), seine Fähigkeit, sich plastisch zu verformen, ohne zu brechen (Duktilität), sowie seine Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit verringern. Diese Veränderungen können sich nachteilig auswirken, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit erfordern.
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Strategien zur Schadensbegrenzung: Um diese Probleme zu vermeiden, werden verschiedene Methoden eingesetzt, um die Schmelze vor Luft zu schützen. Dazu gehören Techniken wie das Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM), bei dem das Metall im Vakuum geschmolzen wird, um den Kontakt mit Luft zu vermeiden. VIM und ähnliche Verfahren tragen dazu bei, eine sauberere Schmelze zu erhalten, die frei von unerwünschten Einschlüssen ist und dadurch die Eigenschaften des Materials verbessert.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Luftschmelzen ein Schmelzverfahren ist, das in Gegenwart von Luft stattfindet und zur Bildung von Verunreinigungen führt, die die mechanischen Eigenschaften des Metalls oder der Legierung beeinträchtigen können. Um eine hohe Materialqualität zu erhalten, werden in Branchen, die Hochleistungswerkstoffe benötigen, alternative Schmelzverfahren bevorzugt, die die Schmelze vor Lufteinwirkung schützen.
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