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Técnico em Metalurgia
Aula 08
Prof. Brenno Ferreira de Souza
Processos de Fundição
Solidificação
Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Introdução Líquidos • Átomos apresentam alta energia cinética • Possuem arranjos de curto alcance. Sólidos • Átomos vibram em torno de uma posição fixa. • Arranjos de longo alcance Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Heterogeneidades Físicas • Rechupes • Trincas de contração • Porosidades Químicas • Segregações de Impurezas ou Elementos de Liga (escalas micro e macroscópicas) Estruturais • Tipos de grãos ou cristais • Distribuição • Tamanho • Natureza Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Heterogeneidades Heterogeneidades físicas: • Defeitos físicos que geram descontinuidades ao longo do material. Rechupes: • Contração na solidificação Trincas de Solidificação: • Modelo de solidificação, projeto Porosidades: • Gases dissolvidos no metal líquido Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Heterogeneidades Rechupes ou vazios: Trincas de Solidificação: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Solidificação Importância do entendimento da Solidificação nos processos de fundição: • Dimensionamento e localização dos canais de vazamento e alimentação; • Conhecimento das causas e das medidas corretivas quanto aos defeitos de solidificação (rechupes, trincas e porosidades) e às heterogeneidades de composição química (segregações); • Otimização e controle das variáveis do processo; • Desenvolvimento de novos materiais de processos. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Solidificação Como todas transformações de fases, a solidificação se processa em duas etapas: • Nucleação de uma nova fase em meio à anterior, • Crescimento da nova fase. ESJSULTE Solidificação
[| Metal Líquido
Nucleação
v
| Crescimento ] Composição
' uímica
Velocidade de Gradientes Térmicos Q
Solidificação J
| | Redistribuição de Soluto ——
y
Morfologia da Interface SL
Y Y Y
Estrutura Segregação Defeitos
y
Metal Sólido
Prof. Brenno Ferreira de Souza — Engenheiro Metalúrgico
Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Nucleação Homogênea Curva de registro térmico da solidificação: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Nucleação Heterogênea Caracteriza-se pela interferência de agentes estranhos ao sistema denominados substratos: • A energia superficial influencia na formação de um núcleo estável. Condição mais favorável para a nucleação O embrião surge na superfície do substrato sob a forma de uma calota esférica ali disponível. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Inoculação e Refino de Grão Adição de substratos heterogêneos com alta potência de nucleação sob a forma de partículas finamente divididas. Os inoculantes são distribuídos uniformemente no seio do metal líquido por meio de um veículo volátil a eles previamente adicionado. Cada partícula do nucleante atua como um substrato localizado para a nucleação heterogênea da fase sólida, devido ao fato de apresentar um alto índice de molhamento pelo metal líquido. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Interfaces de Solidificação • A interface de crescimento não apresenta uma separação bem definida entre as fases sólida e líquida, ocorrendo a formação de uma região intermediária formada pela mistura das duas fases. • Solidificação característica de ligas que solidificam sob um intervalo de temperaturas: Crescimento com interface difusa ou solidificação extensiva: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Interfaces de Solidificação Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Estruturas de Solidificação A estrutura típica de uma solidificação é a dendrita: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Taxa de resfriamento Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Taxa de resfriamento Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Macroestruturas de Solidificação Zona Coquilhada: • Camada periférica composta de pequenos grãos com orientação cristalográfica aleatória. Zona Colunar: • Formada por grãos alongados que se alinham paralelamente à máxima extração de calor. Os grãos se formam por crescimento seletivo e preferencial. Zona Equiaxial Central: • Formada por grãos equiaxiais pequenos ou grandes com orientações cristalográficas aleatórias. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Macroestruturas de Solidificação Influência dos parâmentros do processo e do material sobre a formação da macroestrutura: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Macroestruturas de Solidificação Efeito do grau de superaquecimento sobre a estrutura do Alumínio Puro: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Macroestruturas de Solidificação Efeito da adição de elementos de liga para alumínios com a mesma temperatura de superaquecimento: Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Velocidade de Solidificação Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Taxa de resfriamento A taxa de resfriamento tem efeito no desenvolvimento da estrutura do fundido. O critério que descreve a cinética da interface sólido- líquido é dado por G/R, onde G é o gradiente térmico e R é a taxa que a interface sólido-líquido se movimenta. Valores típicos de G são 102 a 103 K/m e para R valores que vão de 10-4 a 10-3 m/s. Estruturas dendríticas apresentam valores de G/R entre 105 e 107. Já para as frentes planas de solidificação, estes valores estão entre 1010 e 1012. Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico Taxa de resfriamento