La refundición por arco al vacío ( VAR ) es un proceso de fusión secundario para la producción de lingotes de metal con una elevada homogeneidad química y mecánica para aplicaciones muy exigentes. [1] El proceso VAR ha revolucionado la industria especializada en técnicas metalúrgicas tradicionales y ha hecho posible materiales increíblemente controlados utilizados en los campos biomédico, aeronáutico y aeroespacial.
Descripción general
VAR se utiliza con mayor frecuencia en aplicaciones de alto valor. Esencialmente, es un paso de procesamiento adicional para mejorar la calidad del metal. Debido a que consume mucho tiempo y es costoso, la mayoría de las aleaciones comerciales no emplean el proceso. Níquel , titanio , [2] y de la especialidad aceros son materiales más a menudo procesados con este método. El camino convencional para la producción de aleaciones de titanio incluye el procesamiento VAR simple, doble o incluso triple. [3] El uso de esta técnica sobre los métodos tradicionales presenta varias ventajas:
- La tasa de solidificación del material fundido se puede controlar estrictamente. Esto permite un alto grado de control sobre la microestructura , así como la capacidad de minimizar la segregación.
- Los gases disueltos en metal líquido durante la fusión de metales en hornos abiertos, como nitrógeno , oxígeno e hidrógeno, se consideran perjudiciales para la mayoría de aceros y aleaciones. En condiciones de vacío, estos gases escapan del metal líquido a la cámara de vacío.
- Los elementos con alta presión de vapor como el carbono , el azufre y el magnesio (con frecuencia contaminantes) se reducen en concentración.
- Se eliminan la porosidad y la segregación de la línea central .
- Ciertos metales y aleaciones, como el Ti, no se pueden fundir en hornos al aire libre.
Descripción del proceso
La aleación que se somete a VAR se forma en un cilindro, típicamente mediante fusión por inducción al vacío (VIM) o refinado en cuchara (fusión por aire). Este cilindro, denominado electrodo, se coloca 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 la parte inferior 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 y, a partir de ahí, se deriva una masa fundida continua. El crisol (típicamente hecho de cobre ) está rodeado por una camisa de agua que se usa para enfriar la masa fundida y controlar la velocidad de solidificación. Para evitar la formación de arco eléctrico entre el electrodo y las paredes laterales 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 el espacio entre electrodos es esencial para un control eficaz del proceso y la producción de material libre de defectos.
Idealmente, la tasa de fusión se mantiene constante durante todo el ciclo del proceso, pero la supervisión y el control del proceso de refundición por arco de vacío no es sencillo. [4] Esto se debe a que hay una transferencia de calor muy 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 fundamental para garantizar las mejores propiedades posibles de la aleación.
Materiales y aplicaciones
El proceso VAR se usa en muchos materiales diferentes, sin embargo, ciertas aplicaciones casi siempre usan un material que ha sido tratado con VAR. Una lista de materiales que pueden ser tratados con VAR incluye:
- Acero inoxidable
- 15-5
- 13-8
- 17-4
- 304
- 316
- Aleación de acero
- 9310
- 4340 y 4330 + V
- Los 300M
- AF1410
- Aermet 100
- M50
- BG42
- Nitralloy
- 16NCD13
- 35NCD16
- HY-100
- HY-180
- HY-TUF
- D6AC
- Aceros Maraging
- UT-18
- HP 9-4-30
- Titanio
- Ti-6Al-4V
- Ti-10V-2Al-3Fe
- Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
- Invar
- Nitinol
- Superaleaciones de níquel
- Aleaciones de Inconel
- Aleaciones de René
- RR1000
- Circonio
- Niobio
- Platino
- Tantalio
- Rodio
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 generalmente se procesan con VAR. Las aleaciones de circonio y niobio utilizadas en la industria nuclear se procesan habitualmente con VAR. El platino puro, el tantalio y el rodio pueden procesarse con VAR.
Ver también
- Refusión de escoria eléctrica
- Arco de vacío
- Metalurgia al vacío
Referencias
- ^ "Modelado para el procesamiento de fundición y solidificación", por Kuang-Oscar Yu, CRC; 1a edición (15 de octubre de 2001), ISBN 0-8247-8881-8
- ^ D.Zagrebelnyy, Modelado de macrosegregation durante la refundición por arco de vacío de la aleación Ti-10V-2Fe-3Al ISBN 978-3-8364-5948-8
- ^ Titanio: pasado, presente y futuro (1983) [1]ISBN 0-309-07765-6
- ^ DA Melgaard, RG Erdmann, JJ Beaman, RL Williamson - 2007
Otras lecturas
- Britannica