The effects of temperature on the kinetics of aluminium evaporation from the Ti-6Al-4V alloy

Efectos de la temperatura en la cinética de evaporación del aluminio de la aleación Ti-6Al-4V

En el artículo se presentan los resultados del estudio sobre los efectos de la temperatura en la velocidad de evaporación del aluminio de la aleación Ti-6Al-4V durante la fundición en un horno de inducción de vacío. Durante la fusión a 1 973 - 2 023 K, 10 Pa y 100 Pa, se observa una reducción de hasta el 26 % del contenido de aluminio en la aleación en comparación con el valor inicial. Los valores determinados del coeficiente global de transporte de masa son 1,48∙10^-5 m∙s ^-1 - 1,95∙10 ^-5m∙s^-1. ​

INTRODUCCIÓN

Las aleaciones de titanio pertenecen a la clase de materiales metálicos que últimamente han despertado un interés creciente en muchas industrias, debido principalmente a sus propiedades específicas, como densidades pequeñas, alta resistencia a la tracción y buena resistencia a la corrosión en muchos entornos químicamente agresivos. Estas propiedades garantizan el uso de aleaciones para la producción de, por ejemplo, implantes, endoprótesis y componentes de sistemas utilizados en cirugía cardiovascular, como marcapasos cardíacos y válvulas. El Ti-6Al-4V es un ejemplo de las crecientes aplicaciones de las aleaciones de titanio. Uno de sus métodos de producción es la fundición en un horno de inducción de vacío (tecnología convencional) o con la tecnología de "fusión en cráneo". El proceso de fundición se asocia muy a menudo a dos efectos desventajosos. El primer efecto es la contaminación del baño metálico debido a la reacción del componente de la matriz, es decir, el titanio, con los materiales cerámicos del crisol. El otro efecto es una posible eliminación significativa de aluminio debido a su evaporación, provocada por una gran diferencia en las presiones de vapor del aluminio y el titanio. La pérdida de aluminio también es inducida por las bajas presiones en el sistema de fundición [1 - 5].

En este artículo se presentan los resultados del estudio sobre los efectos de la temperatura en la velocidad de evaporación del aluminio de la aleación Ti-6Al-4V durante la fusión en el horno de inducción de vacío.

PARTE EXPERIMENTAL

Para los experimentos se utilizó una aleación Ti-6Al-4V con un contenido en masa de Al5,5 %. El sistema de fusión fue un horno de inducción al vacío VIM-20-50 fabricado por Seco-Warwick. Se trata de un dispositivo moderno que garantiza la fusión a una amplia gama de presiones de funcionamiento gracias a un sistema de bombas de vacío compuesto, por ejemplo, por una bomba de difusión y una bomba de vacío. El tiempo de mantenimiento de la aleación líquida a una temperatura y presión determinadas fue de 10 minutos. Durante cada experimento, se recogieron muestras de aleación y se sometieron a un análisis químico para determinar el contenido de titanio, aluminio y vanadio. Los experimentos se realizaron a 1 972 - 2 023 K, 10 y 100 Pa.