ESTRUTURAS DE SOLIDIFICAÇÃO

7/28/2019 ESTRUTURAS DE SOLIDIFICAÇÃO

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ESTRUTURAS DE SOLIDIFICAÇÃO

Além das variações que ocorrem na composiçã

durante a solidificação, existem aspectos que detedesenvolvimento das estruturas de solidificação deligas.

Variáveis térmicas e de composição influenciam nmorfológica da interface S/L, resultando na formação estruturas de crescimento.



Metais Puros O perfil ou gradiente de temperatura (G) na interface S/L

importante no controle da forma da interface.



As ramificações primárias e secundárias das dendritaseus eixos paralelos a direções cristalográficas especificas. A cde resfriamento para a formação de dendritas é apresentadabaixo.

Figura . Forma típica da curva de resfriamento de metais puros, mostrando as

ocorrem diferentes fenômenos de crescimento.



Ligas MonofásicasCom gradiente positivo de temperatura (G), a solidificação

redistribuição de soluto no líquido e ocorre o chamado super-resfriamento

(SRC).Variações locais que ocorrem na composição química no líquido

com uma redistribuição de soluto, como resultado parte do liquido pode serconstitucionalmente devido a estas variações.

Condições que favorecerão o SRC •Baixo gradiente de temperatura no líquido; •Altas velocidades de crescimento; •Linhas líquidus abruptas; •Altas porcentagens de liga; •Baixa difusividade no líquido; •KO bem pequeno, para KO < 1 ou KO bem grande, para kO > 1.



Variações estruturais resultantes da redistribuição de sligas.

As características estruturais da interface são influenciadde super-resfriamento.

• Sem SRC

Neste caso o comportamento da interface durante o creessencialmente o mesmo que para metais puros, com a exceocorrem efeitos da segregação de longo alcance.



Variações estruturais resultantes da redistribuição dem liga. As características estruturais da interfinfluenciadas pelo grau de super-resfriamento.

• Sem SRC Neste caso o comportamento da interface ducrescimento é essencialmente o mesmo que para

puros, com a exceção de que ocorrem efeitos da segde longo alcance.



• Com SRC Ocorre com um gradiente negativo, com o qual a imorfologicamente instável com pertubações na sua forma (pro

morfológicas). a. Para baixos graus de SRC desenvolve-se uma interface celude uma interface planar (surgindo cavidades e a seguir, células a

Figura - Estrutura celular da interface: vista da interface de crescimento em tetra

carbono puro.



b. Aumentando o grau de SRC, as superfícies das células vão se ee eventualmente ramificam-se para formar dentritas celulares.

Figura .-Superfície de topo de uma liga impura de chumbo, mostrando o desenvramificações em células alongadas.



Não existe um critério definido para a trancélulas a dendritas celulares. A sequência geral de tra

pode ser esquematizada da seguinte maneira:

1. Sem super-resfriamento interface planar

2. Com super-resfriamento Protuberância na interf- células alongadas- células interrompidas- dendritas celulares



Estrutura Metal Direção Normal das De

Cúbica de face centrada Chumbo <001>

Cúbica de corpo centrado Latão <001>

Hexagonal compacta Zinco <1010>

Tetragonal Estanho <110>

Tabela 1 – Cristalografia de Dentritas



•Nas estruturas dendríticas o espaçamento dos braços pribraços secundários e terciários depende das condições de solid

• Em velocidades de crescimento elevadas podem formar-ramificações primárias.

•À medida que a velocidade decresce, desenvolvem-s

ramificações laterais.

•No final da solidificação, o espaçamento os braços dendríticdo espaçamento durante o crescimento devido ao engrossamento das ramificações.



Figura –

Diagrama esquemático do crescimento de uma dentrita de uma liga. D(c) mostra-se uma posição fixa, em vários estágios de solidificação.



Figura 6 - Variação no espaçamento entre as ramificações dendríticas, emtempo de solidificação local em alumínio-4,5% cobre.



• Eutéticos Binários Líquido Sólido α + Sólido β



Figura - (a) Eutética lamelar no sistema chumbo estanho. (b) Eutético lamelar cilísistema alumínio – Al3Ni: (i) seção transversal, (ii) seção longitudinal.



No caso de ligas com composições não eutéticas.

Exemplo uma liga hipoeutética do sistema Cu-Ag.

Figura – Liga hipoeutética no sistema cobre-prata, mostrandendritas ricas em cobre numa matriz de colônias eutéticas.



Modificação dos Eutéticos

A adição de sódio e magnésio produz modificações estsistemas alumínio-silício e ferro-carbono, respectivamente.

Alumínio-Silício.

Figura 13 – Estrutura eutética normal nosistema alumínio-silício.

Figura – Liga eutética alumínimodificada com sódio.



Ferro-grafita.

Figura – Ferro fundido cinzentomostrando grafita em flocos.

Figura – Ferro fundido com graesferoidal modificada.



TRANSFERÊNCIA DE CALOR NA SOLIDIFICAÇÃ

Figura – Elemento de referência do sistema metal/molde paraanálise da transferência de calor na solidificação



Modos Essenciais de Transferência de Calor

Figura - Ilustração esquemática dos modos de transferência de calor quatuar no elemento de referência do sistema metal/molde.



Figura – Curva de esfriamento regissolidificação de um lingote de aço d

Figura - Correntes de convecçãoque dissipam o superaquecimentodo metal liquido no inicio dasolidificação.



Uma vez verificada a passividade relativa do metal líquido ambiente no processo de transferência de calor da sol

pode-se concluir que existem apenas dois modos essepermanentes de transferir o calor gerado pelo metal dusolidificação:

A. condução térmica, atuando tanto no metal que solidifica

material de molde;

B. transferência newtoniana, atuando na interface de conta

molde e o metal.



Fluxos de Calor e Balanço Térmico

Figura – Perfil Térmico do sistema metal/molde durante asolidificação do metal.



O perfil térmico está de acordo com balanço térmico global (total) realizado igualnas interfaces sólida/líquida e metal/molde do elemento de referência .

Figura 7 – Elemento de referência mostrando o balanço térmico. Fluxocalor entre (1) e(2) deve ser igual ao fluxo de calor entre 3 e 4.



No ponto 1: Na interface sólido/líquido o fluxo de calor é contínuo e é o calor latentinterface: qh = H dsVonde: H= calor latente, qh= fluxo de calor, ds= densidade sólido e V=velocidade de soNo ponto 2: O fluxo de calor por condução em qualquer ponto do sólido:qsx = ks Gsx

onde: qsx = fluxo num ponto do sólido, ks=condutividade no sólido e Gsx= gradiente tNo ponto 3: O fluxo de calor por transferência newtoniana na interface metal/moldqi = hi ∆Ti onde: qi= fluxo de calor, hi= condutância da interface metal/molde e ∆Ti= diferencialocalizado na interface metal/molde.Portanto, qi = hi (Tis - Tim).

Para o balanço térmico global deve-se considerar que:O fluxo de calor na forma de calor latente (LV) sendo liberado na interface S/L (pontoigual ao fluxo de calor por condução (K) no sólido (ponto 2).O fluxo de calor na interface metal/molde (N) (ponto 3) deve ser igual ao fluxo de ca(ponto 4). Portanto, devem ser iguais os resultados dos fluxos de calor entre os pontpontos 3 e 4



O diferencial térmico ∆Ti tende assintoticamente a zero durante a solidificação, Tendem a um valor comum Ti.

Figura – Variação das tempinterfaciais durante a solidum lingote de aço em lingoferro-fundido.

Figura – Ilustração esquemática davariação das temperaturas da interfacemetal/molde durante a solidificação.



Figura . Molde refrigerado a água, com respectivo elemento referência.



Figura – Perfil térmico da solidificação em molde refrigerado.



Figura 12 – Influência do recobrimento de molde na variação da temperatmetal/molde durante a solidificação.



Figura 13 – Influência do recobrimento de molde na variação da velocidade d



Figura 14 – Influência do recobrimento de molde na cinética de solidificação d



Figura 15 – Decomposição do tempo de solidificação em duas parcelas cumuldevida à condução térmica (variação parabólica) e outra devida à transferênc(variação linear).



Figura 16 – Tamanho de grão da estrutura inicial resultante da solidificação ddiferentes contatos térmicos na interface metal/molde: (a) molde polido; revestimento condutor; (c) molde com revestimento isolante.



Figura 17 – Representação esquemática de um molde de areia mostrando o respelemento de referência.



Figura 18 – Perfil térmico da solidificação em molde de areia



Figura 19 – Representação esquemática da pequena influência reda transferência newtoniana na cinética de solidificação em mold

areia.

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