Fundición de precisión al vacío: precisión, calidad y fiabilidad para piezas metálicas de alta integridad

La fundición de precisión al vacío produce piezas metálicas de calidad extremadamente alta con detalles finos y excelente acabado superficial. También es más compleja que la fundición de precisión convencional y requiere equipos sofisticados de fusión y llenado de moldes. Como resultado, se reserva para fundir piezas que necesitan niveles muy altos de integridad estructural y donde los defectos son costosos.

¿Por qué usar vacío?

El metal líquido tiende a "agitarse" al fluir hacia un molde. Esta turbulencia conduce a dos tipos de defectos: óxidos y porosidad.

Los óxidos se forman cuando los átomos de metal se unen con oxígeno. Esto ocurre en la interfaz metal-aire donde forma una capa de óxido. En algunos metales, como el aluminio, la oxidación superficial es beneficiosa porque crea una capa resistente a la corrosión. Sin embargo, es un problema durante la fundición.

Esto es porque, a medida que el metal líquido se agita, los óxidos se forman en la superficie y se incorporan al cuerpo de la pieza fundida. Una vez que el metal se solidifica, estas discontinuidades forman áreas de debilidad.

La porosidad es la formación de burbujas dentro del cuerpo del metal. Al igual que los óxidos, reducen la resistencia, especialmente en áreas de alta tensión cuando son expuestas por el mecanizado.

Una forma de minimizar la turbulencia, oxidación y porosidad es llenar lentamente desde el fondo del molde. La mayoría de las empresas de fundición intentan hacer esto, pero el diseño de la pieza y las restricciones de tiempo de ciclo a menudo limitan lo que es posible. Otro método es extraer el aire del molde antes de que fluya el metal.

El proceso de fundición de precisión al vacío

La fundición de precisión se usa para crear piezas metálicas complejas que necesitan poco mecanizado secundario. El molde se forma recubriendo un modelo de cera con una lechada cerámica. Después de que la lechada se ha secado hasta formar una cáscara dura, la cera se derrite para dejar una cavidad para que el metal la llene.

En la fundición de precisión al vacío, el molde se hace de la misma manera, pero luego se bombea el aire fuera de la cavidad del molde antes de llenarlo con metal. Dado que el objetivo es evitar que el metal líquido se oxide, tanto la fusión como el vertido se realizan bajo vacío. Esto tiene lugar en una máquina de fusión por inducción al vacío (VIM).

En una configuración VIM, la máquina consiste en dos cámaras dispuestas verticalmente. Otra configuración VIM contiene un sistema eficiente de inducción al vacío de tres cámaras horizontales. La configuración vertical de dos cámaras tiene una cámara superior e inferior que están bajo vacío. La cáscara cerámica de fundición de precisión se coloca en la cámara inferior y se bombea a un nivel de micras bajo. Luego, se abre una válvula de aislamiento y el molde se eleva a una posición cercana al crisol de fusión para el vertido. Una vez lleno con metal, la cáscara se retira de la cámara de vacío del molde. Cuando la solidificación está completa, la cerámica se rompe para revelar las piezas fundidas. El sistema VIM horizontal de tres cámaras tiene válvulas de aislamiento que permiten consistencia de nivel de vacío entre cámaras. La eficiencia aumenta mediante el apisonado y fusión del crisoles integral al ciclo de fundición, proporcionando más fundiciones/más libras vertidas por hora mientras se mantienen altos niveles de vacío y calidad de fundición superior.

En una variación de este proceso, la cámara del crisol puede presurizarse. (Usar un gas inerte evita la oxidación.) La presión aumenta la velocidad de llenado del molde y ayuda a asegurar que cada parte de la cavidad del molde se llene.

Beneficios de la fundición de precisión al vacío

La ventaja principal de este proceso es la eliminación casi total de defectos y fallos de oxidación y porosidad dentro de la pieza fundida. (Solo "casi" porque es imposible extraer cada molécula de oxígeno del molde.) Además, previene el llenado incompleto causado por bolsas de aire.

Otros beneficios son que el proceso puede formar características muy finas y secciones de pared excepcionalmente delgadas porque el vacío asegura que la cavidad se llene completamente. Además, la calidad superficial es excelente.

Metales para fundición de precisión al vacío

Cualquier metal adecuado para fundición de precisión puede procesarse bajo vacío. Sin embargo, el proceso se usa más a menudo con níquel, superaleaciones a base de cobalto y aleaciones de titanio, ya que estos metales tienen afinidad excepcionalmente alta por el oxígeno y forman óxidos fácilmente. Además, el alto valor de estos metales y su uso en productos complejos de alto valor hace beneficioso minimizar el desperdicio.

¿Debería usar fundición de precisión al vacío?

Crear vacío en las herramientas del molde antes de verter el metal evita que el aire cree defectos dentro del cuerpo de una fundición. Combinado con la fundición de precisión, esta técnica permite la producción de piezas de alta calidad adecuadas para aplicaciones de alta carga y alta tensión. La economía del proceso hace que la fundición de precisión al vacío sea especialmente atractiva para metales de alto valor como níquel, superaleaciones a base de cobalto y aleaciones de titanio.

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