FUSIÓN POR HAZ DE DE ELECTRONES (Electron Beam, Beam, EB)
El proceso de fusión por haz de electrones se aplica en todo el mundo para fundir y moldear lingotes de metal refractario dúctiles de niobio, tantalio y hafnio. Tanto el tungsteno y molibdeno para la industria electrónica como el vanadio de alta pureza, se producen utilizando hornos EB. Las superaleaciones base níquel se refinan y la chatarra de titanio se recicla para producir lingotes y placas. Se está investigando la fusión de diversos tipos de metales convencionales y exóticos y sus aleaciones (por ejemplo, aleaciones de tierras raras, materiales intermetálicos, cerámica, uranio, cobre) y el desarrollo de nuevos grados, o para purificar dichas materias. Para estas aplicaciones, se utilizan principalmente los procesos de fusión por goteo y fusión con solera fría (flujo continuo). La fusión de culote de crisol sirve para la evaluación de pureza, especialmente de superaleaciones. Se ha utilizado la fundición en horno crisol invertido (Investment Skull Casting) con una fuente de calor por haz de electrones para la producción de partes de turbinas de titanio y superaleaciones. superaleaciones.
El cañón de haz de electrones representa fuentes de calor de alta temperatura que son capaces de superar la temperatura de fusión, incluso la de evaporación, de todos los materiales en su haz puntual. Por la deflexión magnética y el rápido escaneo a altas frecuencias el haz de electrones se puede dirigir de manera efectivamente a objetivos de múltiples formas y es por lo tanto, la fuente de calor más flexible en la tecnología de la refusión. El haz de electrones incide sobre el objetivo con densidades de potencia típica de 100 kW/cm2 . Dependiendo de la masa fundida de material, el rango de eficiencia de transferencia de potencia va desde aprox. 50 a 80%. La fusión EB es un método de calentamiento superficial, produce un charco poco profundo a una tasa de fusión la cual afecta positivamente la estructura del lingote en relación con la porosidad, la segregación, segregación, etc. La exposición del charco superficial metálico a un ambiente con alto vacío a niveles de 1 – 0.001 Pa da como resultado una excelente desgasificación del material fundido. Los constituyentes metálicos y no metálicos en contacto con altas presiones de vapor hacen que el material base se evapore de forma selectiva generando así una gran pureza del lingote. En otros casos, sin embargo, esto puede crear pérdida de los elementos de aleación deseados, que se deberá tener en cuenta.
Refinación en Solera Solera Fría por Haz Haz de Electrones (EBCHR) (EBCHR) Los principales fabricantes de motores de aeronaves de América han otorgado una especificación de material, que incluye la fusión en solera fría para la producción de aleaciones de titanio de primera calidad para componentes de aeronaves. Es un hecho que las inclusiones no metálicas han producido fallos en los motores de los aviones. Por lo tanto, se ha dedicado un gran esfuerzo para obtener materiales sin defectos y la fusión en solera
fría ha demostrado ser el proceso más favorable en el cumplimiento de estas exigencias. La reducción de las inclusiones no metálicas en superaleaciones de base níquel, en particular la eliminación de inclusiones mayores de 10 µm, mejora significativamente las propiedades mecánicas. La refinación en solera fría por EB es el proceso ideal para cumplir con estos requisitos, combinado con una mínima pérdida de elementos volátiles, como el cromo y aluminio, cuando se escoge una longitud de solera apropiada para una velocidad de fusión deseada. En estas condiciones de operación, las pérdidas de cromo son bajas y casi constantes en la sección transversal y sobre la longitud del lingote. Un horno EBCHR para la producción de lingotes de superaleaciones (con un peso de hasta 13 ton) consta de cuatro cañones de haz de electrones de 600 kW controlado por un equipo computarizado que se utiliza para obtener velocidades de fusión de 1000 kg/h y para calentar la solera que tiene una longitud de 1.2 m y una anchura de 0.35 m. También se encuentran sistemas EB más pequeños con una potencia de fusión de 200-300 kW equipados con una solera fría de aprox. 150 mm de ancho y 400 mm de longitud. La barrera de escoria mecánica refrigerada por agua separa la superficie de la solera en dos áreas. Uno de los dos cañones EB instalados funde la materia prima y calienta de la parte posterior del depósito. El segundo cañón calienta la solera delante de la barrera, se produce un desbordamiento por el borde y la piscina en el recogimiento del crisol para lingotes de hasta 250 mm de diámetro.
Fusión por Goteo Goteo Desarrollado como un proceso de fusión y refinación para la producción de tantalio dúctil y lingotes de niobio, esta técnica es aplicada hoy en día principalmente a la refinación de metales refractarios y reactivos, por ejemplo el tungsteno, titanio, tantalio, niobio, hafnio, vanadio, etc. Para obtener un lingote de óptima calidad (en lo que respecta a la pureza, la estructura y la superficie), el material es refundido varias veces, a partir de la materia prima (en forma de barras) que normalmente es alimentada horizontalmente (por encima del crisol de cobre refrigerado con agua). Estas barras son en su mayoría compactadas, presinterizadas y preconsolidadas. preconsolidadas. El lingote de colada continua es de suficiente pureza, sin embargo, como resultado del efecto sombra de la barra alimentada horizontalmente, horizontalmente, se produce una zona de menor calidad, haciendo necesario una segunda refusión. Para la segunda y tercera fusión, el lingote, como materia prima, se alimenta verticalmente (Fig. 6). La rotación lenta de la materia prima (electrodo) y el uso de dos o más cañones EB eliminan el efecto sombra. El metal fundido que sale de la punta cónica del electrodo, gotea en el centro de la piscina de fundido en el crisol, donde finalmente se refina y homogeneíza, solidificada. La distribución de potencia del haz de electrones entre el electrodo y la piscina permite controlar la profundidad de la piscina y la circulación del baño. Los metales reactivos, como el zirconio y titanio, son refinados predominantemente en hornos de refusión por arco en vacío (VAR) para eliminar el hidrógeno disuelto.
