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Fusão por indução a vácuo
A fundição a vácuo (fusão por indução a vácuo – VIM) foi desenvolvida para o processamento de ligas especiais e exóticas, e, consequentemente, está se tornando mais comum à medida que esses materiais avançados são cada vez mais utilizados. A VIM foi desenvolvida para fundir e moldar superligas e aços de alta resistência, muitos dos quais requerem processamento a vácuo por conterem elementos refratários e reativos, como Ti, Nb e Al. Ela também pode ser usada para aços inoxidáveis ​​e outros metais quando se deseja uma fusão inicial de alta qualidade.

Como o nome sugere, o processo envolve a fusão de um metal em condições de vácuo. A indução eletromagnética é usada como fonte de energia para fundir o metal. A fusão por indução funciona induzindo correntes elétricas parasitas no metal. A fonte é a bobina de indução, que conduz uma corrente alternada. As correntes parasitas aquecem e eventualmente fundem a carga.

O forno consiste em uma camisa de aço hermética e refrigerada a água, capaz de suportar o vácuo necessário para o processamento. O metal é fundido em um cadinho alojado em uma bobina de indução refrigerada a água, e o forno é normalmente revestido com materiais refratários adequados.

Metais e ligas com alta afinidade por gases – em particular nitrogênio e oxigênio – são frequentemente fundidos/refinados em fornos de indução a vácuo para evitar contaminação/reação com esses gases. O processo é, portanto, geralmente utilizado para o processamento de materiais de alta pureza ou materiais com tolerâncias rigorosas em relação à composição química.

P: Por que se utiliza a fusão por indução a vácuo?

A: A fusão por indução a vácuo foi originalmente desenvolvida para o processamento de ligas especiais e exóticas e, consequentemente, está se tornando mais comum à medida que esses materiais avançados são cada vez mais utilizados. Embora tenha sido desenvolvida para materiais como superligas, também pode ser usada para aços inoxidáveis ​​e outros metais.
Como umforno de indução a vácuotrabalhar?
O material é carregado no forno de indução sob vácuo e a energia é aplicada para fundir a carga. Cargas adicionais são feitas para levar o volume de metal líquido à capacidade de fusão desejada. O metal fundido é refinado sob vácuo e a composição química é ajustada até que a composição química precisa da fusão seja alcançada.
O que acontece com o metal no vácuo?
Em particular, a maioria dos metais forma uma camada de óxido em qualquer superfície exposta ao ar. Essa camada atua como um escudo, impedindo a ligação química. No vácuo do espaço, não há ar, portanto os metais não formariam essa camada protetora.

Vantagens da Fusão VIM
Dependendo do produto e do processo metalúrgico, os níveis de vácuo durante a fase de refino variam de 10⁻¹ a 10⁻⁴ mbar. Algumas das vantagens metalúrgicas do processamento a vácuo são:
A fusão em atmosfera livre de oxigênio limita a formação de inclusões de óxidos não metálicos e impede a oxidação de elementos reativos.
Obtenção de tolerâncias composicionais e de conteúdo gasoso muito rigorosas.
Remoção de elementos traço indesejáveis ​​com altas pressões de vapor.
Remoção de gases dissolvidos – oxigênio, hidrogênio, nitrogênio
Ajuste preciso e homogêneo da composição da liga e da temperatura de fusão.
A fusão a vácuo elimina a necessidade de uma cobertura protetora contra escória e diminui o potencial de contaminação acidental por escória ou inclusões no lingote.
Por essa razão, operações metalúrgicas como a desfosforização e a dessulfurização são limitadas. A metalurgia VIM (forno de indução a vácuo) visa principalmente reações dependentes da pressão, como as reações de carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. A remoção de elementos-traço voláteis e nocivos, como antimônio, telúrio, selênio e bismuto, em fornos de indução a vácuo é de considerável importância prática.

O monitoramento preciso da reação dependente da pressão do excesso de carbono para completar a desoxidação é apenas um exemplo da versatilidade do processo VIM na produção de superligas. Materiais que não sejam superligas são descarbonetados, dessulfurados ou destilados seletivamente em fornos de indução a vácuo para atender às especificações e garantir as propriedades do material. Devido à alta pressão de vapor da maioria dos elementos traço indesejáveis, eles podem ser reduzidos a níveis muito baixos por destilação durante a fusão por indução a vácuo, particularmente para ligas com resistências extremamente altas em temperaturas operacionais mais elevadas. Para diversas ligas que devem atender aos mais altos requisitos de qualidade, o forno de indução a vácuo é o sistema de fusão mais adequado.

Os seguintes métodos podem ser facilmente combinados com o sistema VIM para produzir fusões limpas:
Controle da atmosfera com baixas taxas de vazamento e dessorção.
Seleção de um material refratário mais estável para revestimento de cadinhos.
Agitação e homogeneização por agitação eletromagnética ou gás de purga
Controle preciso da temperatura para minimizar as reações do cadinho com o metal fundido.
Técnicas adequadas de remoção de escória e filtragem durante o processo de fundição
Aplicação de uma técnica adequada de calha e distribuidor para melhor remoção de óxidos.