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Fusión por inducción al vacío
La fundición al vacío (fusión por inducción al vacío – VIM) se desarrolló para el procesamiento de aleaciones especializadas y exóticas, y, en consecuencia, se está volviendo más común a medida que estos materiales avanzados se emplean cada vez más. La VIM se desarrolló para fundir y colar superaleaciones y aceros de alta resistencia, muchos de los cuales requieren procesamiento al vacío debido a que contienen elementos refractarios y reactivos como Ti, Nb y Al. También se puede utilizar para aceros inoxidables y otros metales cuando se desea una fusión inicial de alta calidad.

Como su nombre indica, el proceso consiste en fundir un metal en condiciones de vacío. La inducción electromagnética se utiliza como fuente de energía para fundir el metal. La fusión por inducción funciona mediante la generación de corrientes parásitas en el metal. La fuente es la bobina de inducción, que transporta una corriente alterna. Estas corrientes parásitas calientan y, finalmente, funden la carga.

El horno consta de una camisa de acero hermética y refrigerada por agua, capaz de soportar el vacío necesario para el procesamiento. El metal se funde en un crisol alojado en una bobina de inducción refrigerada por agua, y el horno suele estar revestido con materiales refractarios adecuados.

Los metales y aleaciones con alta afinidad por los gases —en particular el nitrógeno y el oxígeno— suelen fundirse o refinarse en hornos de inducción al vacío para evitar la contaminación o reacción con estos gases. Por lo tanto, este proceso se utiliza generalmente para el procesamiento de materiales de alta pureza o materiales con tolerancias estrictas en su composición química.

P: ¿Por qué se utiliza la fusión por inducción al vacío?

A: La fusión por inducción al vacío se desarrolló originalmente para el procesamiento de aleaciones especializadas y exóticas, y, en consecuencia, se está volviendo más común a medida que estos materiales avanzados se emplean cada vez más. Si bien se desarrolló para materiales como las superaleaciones, también se puede utilizar para aceros inoxidables y otros metales.
¿Cómo se hace unhorno de inducción al vacío¿trabajar?
El material se introduce en el horno de inducción al vacío y se aplica energía para fundir la carga. Se realizan cargas adicionales para alcanzar el volumen de metal líquido deseado. El metal fundido se refina al vacío y se ajusta su composición química hasta obtener la composición precisa.
¿Qué le ocurre al metal en el vacío?
En particular, la mayoría de los metales forman una capa de óxido en cualquier superficie expuesta al aire. Esta capa actúa como un escudo que impide la adhesión. En el vacío del espacio, al no haber aire, los metales no formarían dicha capa protectora.

Ventajas de la fusión VIM
Dependiendo del producto y del proceso metalúrgico, los niveles de vacío durante la fase de refinación oscilan entre 10⁻¹ y 10⁻⁴ mbar. Algunas de las ventajas metalúrgicas del procesamiento al vacío son:
La fusión en atmósfera libre de oxígeno limita la formación de inclusiones de óxido no metálico y previene la oxidación de elementos reactivos.
Logro de tolerancias de composición y contenidos de gas muy ajustados.
Eliminación de oligoelementos no deseados con altas presiones de vapor.
Eliminación de gases disueltos: oxígeno, hidrógeno, nitrógeno.
Ajuste de la composición precisa y homogénea de la aleación y de la temperatura de fusión.
La fusión al vacío elimina la necesidad de una capa protectora de escoria y disminuye el potencial de contaminación accidental por escoria o inclusiones en el lingote.
Por este motivo, las operaciones metalúrgicas como la desfosforización y la desulfuración son limitadas. La metalurgia VIM se centra principalmente en las reacciones dependientes de la presión, como las reacciones de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno. La eliminación de oligoelementos volátiles nocivos, como el antimonio, el telurio, el selenio y el bismuto, en hornos de inducción al vacío reviste una gran importancia práctica.

El control preciso de la reacción dependiente de la presión del exceso de carbono para completar la desoxidación es solo un ejemplo de la versatilidad del proceso VIM para la producción de superaleaciones. Otros materiales, además de las superaleaciones, se descarburizan, desulfurizan o destilan selectivamente en hornos de inducción al vacío para cumplir con las especificaciones y garantizar sus propiedades. Debido a la alta presión de vapor de la mayoría de los oligoelementos indeseables, estos pueden reducirse a niveles muy bajos mediante destilación durante la fusión por inducción al vacío, especialmente en aleaciones con resistencias extremadamente altas a temperaturas de operación elevadas. Para diversas aleaciones que deben cumplir con los más altos requisitos de calidad, el horno de inducción al vacío es el sistema de fusión más adecuado.

Los siguientes métodos se pueden combinar fácilmente con el sistema VIM para producir fundiciones limpias:
Control de la atmósfera con bajas tasas de fuga y desorción.
Selección de un material refractario más estable para el revestimiento del crisol.
Agitación y homogeneización mediante agitación electromagnética o gas de purga.
Control preciso de la temperatura para minimizar las reacciones del crisol con el metal fundido.
Técnicas adecuadas de desescoriado y filtrado durante el proceso de fundición.
Aplicación de una técnica adecuada de canalización y artesa para una mejor eliminación de óxidos.