Cuando el metal fundido se expone al aire, gases como el nitrógeno y el hidrógeno pueden disolverse en él, provocando defectos como porosidad, nitruros e hidruros al enfriarse.Estos defectos comprometen la integridad estructural, la densidad y las propiedades mecánicas del metal.Para mitigarlo, se utilizan hornos especializados como horno de atmósfera controlada o los hornos de colada al vacío se utilizan para crear un entorno que minimice la contaminación gaseosa, garantizando una mayor pureza y rendimiento en el producto final.
Explicación de los puntos clave:
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Gases que se disuelven en el metal fundido
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Nitrógeno (N₂):
- Se disuelve a altas temperaturas, formando nitruros (por ejemplo, nitruro de hierro en el acero).
- Provoca fragilidad y reduce la ductilidad.
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Hidrógeno (H₂):
- Muy soluble en el metal fundido, lo que provoca porosidad (burbujas de gas) al enfriarse.
- Produce fragilización por hidrógeno, debilitando el metal.
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Oxígeno (O₂):
- Aunque es menos soluble, reacciona con los metales para formar óxidos (por ejemplo, óxido de aluminio), creando inclusiones.
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Nitrógeno (N₂):
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Defectos causados por gases disueltos
- Porosidad: Las burbujas de gas atrapadas durante la solidificación reducen la densidad y la resistencia mecánica.
- Nitruros/hidruros: Se forman compuestos frágiles que hacen que el metal sea propenso a agrietarse.
- Inclusiones de óxido: Las impurezas no metálicas degradan el acabado superficial y la resistencia a la fatiga.
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Estrategias de mitigación
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Hornos de atmósfera controlada:
- Sustituyen el aire por gases inertes (argón, helio) o atmósferas reductoras (mezclas de hidrógeno y nitrógeno) para evitar la absorción de gases.
- Es fundamental para procesos como la sinterización o el tratamiento térmico, en los que no es deseable que se produzcan reacciones gas-metal.
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Fundición al vacío:
- Elimina todos los gases atmosféricos, ideal para aleaciones de gran pureza (por ejemplo, componentes aeroespaciales).
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Fundente/Desgasificación:
- Los fundentes químicos (por ejemplo, cloruros) absorben gases, mientras que la desgasificación al vacío elimina el hidrógeno disuelto.
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Hornos de atmósfera controlada:
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Implicaciones específicas para la industria
- Fundiciones: La porosidad del hidrógeno requiere inspecciones posteriores a la fundición, como la tomografía de rayos X.
- Aleaciones dentales/médicas: Las atmósferas controladas garantizan la biocompatibilidad y la precisión en los dispositivos.
- Aleaciones de alto rendimiento: Los sectores aeroespacial y automovilístico confían en los hornos de vacío para evitar fallos inducidos por nitruros.
Al comprender estas interacciones, los fabricantes pueden seleccionar el equipo adecuado (p. ej, horno de atmósfera controlada ) y procesos para minimizar los defectos, garantizando un rendimiento óptimo del material.
Cuadro sinóptico:
| Gas | Defectos causados | Estrategias de mitigación |
|---|---|---|
| Nitrógeno (N₂) | Nitruros, fragilidad | Hornos de atmósfera controlada |
| Hidrógeno (H₂) | Porosidad, fragilización | Fusión al vacío, desgasificación |
| Oxígeno (O₂) | Inclusiones de óxido | Fundición, entornos de gas inerte |
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