¿Qué es el proceso de fundición por inversión al vacío?

La fundición de inversión al vacío produce piezas de metal de muy alta calidad con detalles finos y un excelente acabado superficial. También es más complejo que la fundición de inversión convencional y requiere un sofisticado equipo de fundición y llenado de moldes. Como resultado, se reserva para piezas fundidas que necesitan niveles muy altos de integridad estructural y donde los defectos son costosos.

¿Por qué usar vacío?

El metal líquido tiende a "agitarse" a medida que fluye hacia el molde. Esta turbulencia da lugar a dos tipos de defectos:óxidos y porosidad.

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

Esto se debe a que, a medida que el metal líquido se agita, se forman óxidos 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, estos reducen la resistencia, especialmente en áreas de alta tensión cuando quedan expuestas por el mecanizado.

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

El proceso de fundición de inversión al vacío

La fundición de inversión se utiliza para crear piezas metálicas complejas que necesitan poco mecanizado secundario. El molde se forma recubriendo un patrón de cera con una suspensión de cerámica. Después de que la suspensión se haya secado hasta convertirse en una capa dura, la cera se derrite para dejar una cavidad para que el metal la llene.

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

En una configuración VIM, la máquina consta de dos cámaras dispuestas verticalmente. Otra configuración de VIM contiene un eficiente sistema horizontal de inducción de vacío de tres cámaras. La configuración vertical de dos cámaras tiene una cámara superior y una cámara inferior que están al vacío. La carcasa de fundición de cerámica se coloca en la cámara inferior y luego se bombea hasta un nivel bajo de micras. A continuación, se abre una válvula de aislamiento y el molde se eleva a una posición cercana al crisol de fusión para el vertido. Una vez llena, con metal, la cáscara se retira de la cámara de vacío del molde. Cuando se completa la solidificación, la cerámica se rompe para revelar las piezas fundidas. El sistema VIM horizontal de tres cámaras tiene válvulas de aislamiento que permiten la consistencia del nivel de vacío entre las cámaras. La eficiencia se incrementa mediante el apisonamiento del crisol y la fusión integral del ciclo de fundición, lo que proporciona más derretimiento/más libras vertidas por hora mientras se mantienen altos niveles de vacío y una calidad de fundición superior.

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

Beneficios de la fundición de inversión al vacío

La principal ventaja de este proceso es la eliminación casi total de los defectos y fallas de oxidación y porosidad dentro de la pieza fundida. (Solo "casi" porque es imposible extraer cada molécula de oxígeno del molde). Además, evita que las bolsas de aire no se llenen.

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

Metales para fundición a la cera perdida al vacío

Cualquier metal adecuado para la fundición de inversión se puede procesar al vacío. Sin embargo, el proceso se usa con mayor frecuencia con superaleaciones a base de níquel y cobalto y aleaciones de titanio, ya que estos metales tienen una afinidad excepcionalmente alta por el oxígeno y forman óxidos fácilmente. Además, el alto valor de estos metales y su uso en productos complejos y de alto valor hace que sea beneficioso minimizar la chatarra.

¿Debe utilizar fundición de inversión al vacío?

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

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