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 técnicas metalúrgicas tradicionales especializadas y ha hecho posible el uso de materiales estrictamente controlados en los sectores biomédico, aeronáutico y aeroespacial.
VAR se utiliza 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 este 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 un procesamiento VAR simple, doble o incluso triple. [3] El uso de esta técnica frente a los métodos tradicionales presenta varias ventajas:
La aleación que se someterá a VAR se forma en un cilindro generalmente mediante fusión por inducción al vacío (VIM) o refinamiento en cuchara (airmelt). 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 refundir, a la que se acerca el electrodo superior antes de iniciar la fusión. Se utilizan varios kiloamperios de corriente continua para iniciar un arco entre las dos piezas, obteniendo así una fusión continua. El crisol (normalmente hecho de cobre ) está rodeado por una camisa de agua para enfriar la masa fundida y controlar la velocidad 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 separación de los electrodos es esencial para un control eficaz del proceso y la producción de material libre de defectos.
Idealmente, la velocidad de fusión se mantiene constante durante todo el ciclo del proceso, pero el seguimiento y control del proceso de refundición por arco al vacío no es sencillo. [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 . Garantizar la consistencia del proceso de fusión en términos de geometría del baño 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 utilizan un material que ha sido tratado con VAR. Una lista de materiales que pueden ser tratados con VAR incluye:
Tenga en cuenta que el titanio puro y la mayoría de las aleaciones de titanio se procesan doble o triplemente con VAR. Las superaleaciones a base de níquel para aplicaciones aeroespaciales suelen procesarse 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.