La refundición por arco al vacío ( VAR ) es un proceso de fusión secundario para la producción de lingotes de metal con elevada homogeneidad química y mecánica para aplicaciones altamente exigentes. [1] El proceso VAR ha revolucionado la industria de las técnicas metalúrgicas tradicionales especializadas y ha hecho posible el uso de materiales estrictamente controlados en biomedicina, aviación y aeroespacial.
VAR se usa con mayor frecuencia en aplicaciones de alto valor. Es un paso de procesamiento adicional para mejorar la calidad del metal. Debido a que requiere mucho tiempo y es costoso, la mayoría de las aleaciones comerciales no emplean el proceso. El níquel , el titanio , [2] y los aceros especiales son los materiales que se procesan con mayor frecuencia con este método. El camino convencional para la producción de aleaciones de titanio incluye procesamiento VAR simple, doble o incluso triple. [3] El uso de esta técnica frente a los métodos tradicionales presenta varias ventajas:
La aleación para someterse a VAR se forma en un cilindro típicamente mediante fusión por inducción al vacío (VIM) o refinación en cuchara (fundición con aire). Este cilindro, denominado electrodo, se coloca luego en un gran crisol cilíndrico cerrado y se lleva a un vacío metalúrgico (0,001 a 0,1 mmHg o 0,1 a 13,3 Pa). En el fondo del crisol hay una pequeña cantidad de la aleación que se va a volver a fundir, a la que se acerca el electrodo superior antes de comenzar la fusión. Se utilizan varios kiloamperios de corriente continua para iniciar un arco entre las dos piezas, por lo que se deriva una fusión continua. El crisol (típicamente hecho de cobre) está rodeado por una camisa de agua para enfriar el fundido y controlar la tasa de solidificación. Para evitar la formación de arcos entre el electrodo y las paredes del crisol, el diámetro del crisol es mayor que el del electrodo. Como resultado, el electrodo debe bajarse a medida que la masa fundida lo consume. El control de la corriente, el agua de refrigeración y la distancia entre electrodos es esencial para el control eficaz del proceso y la producción de material sin defectos.
Idealmente, la tasa de fusión se mantiene constante a lo largo del ciclo del proceso, pero el monitoreo y control del proceso de refundición por arco al vacío no es simple. [4] Esto se debe a que se produce una transferencia de calor compleja que involucra conducción, radiación, convección dentro del metal líquido y advección causada por la fuerza de Lorentz . Asegurar la consistencia del proceso de fusión en términos de geometría de la piscina y velocidad de fusión es crucial para garantizar las mejores propiedades posibles de la aleación.
El proceso VAR se utiliza en muchos materiales diferentes. Ciertas aplicaciones casi siempre usan un material que ha sido tratado con VAR. Una lista de materiales que pueden ser tratados por VAR incluyen:
Tenga en cuenta que el titanio puro y la mayoría de las aleaciones de titanio se procesan con VAR doble o triple. Las superaleaciones a base de níquel para aplicaciones aeroespaciales suelen procesarse mediante VAR. Las aleaciones de circonio y niobio utilizadas en la industria nuclear se procesan habitualmente mediante VAR. El platino puro, el tantalio y el rodio pueden procesarse mediante VAR.