Baixe [PFA] Au...Fundição - aula 02 - fundamentos da solidificação dos metais e outras Notas de aula em PDF para Fundição, somente na Docsity! 1 Aula 02: Fundamentos da Solidificação dos Metais 1. Introdução Diferenças entre sólidos e líquidos Eventos que caracterizam a solidificação. Heterogeneidades que podem ocorrer durante a solidificação. Importância da solidificação na tecnologia de fundição. 2. Nucleação da Fase Sólida Nucleação Homogênea O conceito de Curvas de Resfriamento Nucleação Heterogênea Aplicações práticas da Teoria da Nucleação Heterogênea 3. Crescimento da Fase Sólida Modelos de Crescimento Crescimento com interface plana – solidificação progressiva Crescimento com interface dendrítica – solidificação extensiva 4.Macro e Microestruturas de Solidificação Tipos de macroestruturas. Influência dos parâmetros de processo. Relações estruturas vs. Velocidade de solidificação. Fatores que influenciam na velocidade de solidificação. Disciplina: Processos de Fabricação Parte 2: Fundição Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Diferenças entre Líquidos e Sólidos LÍQUIDOS Átomos apresentam alta energia cinética Ordem de curto alcance SÓLIDOS Átomos podem vibrar apenas em torno de uma posição fixa Arranjados numa ordem de longo alcance Fundamentos da Solidificação de Metais e Ligas Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 2 Metal Líquido Nucleação Crescimento Composição QuímicaVelocidade de Solidificação Gradientes Térmicos Redistribuição de Soluto Morfologia da Interface S/L Estrutura Segregação Defeitos Metal Sólido Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran Influência da Taxa de Resfriamento sobre a Microestrutura de Solidificação Líquido 10 102 104 106 108 Taxa de Resfriamento (K/s) Microestruturas Convencionais Microestruturas Refinadas Novas Microestruturas Dendritas, Eutéticos Grosseiros e outros constituintes Espaçamentos Dendríticos e Eutéticos Finos, e outros microconstituintes Estruturas Microcristalinas Estruturas Cristalinas Metaestáveis Estruturas vítreas ou amorfas Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 5 Micrografia mostrando Rechupe - defeito devido à contração na solidificação, aumento 100X. Rechupe devido a contração na região de ponto quente. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran Micrografia mostrando porosidade típica em peca injetada devido ao aprisionamento de gás pelo sistema de injeção, aumento 50X. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 6 Trinca formada em um canto do fundido, local onde as tensões internas são mais intensas. Trincas de Solidificação Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran Importância do entendimento da Solidificação na Tecnologia de Fundição • Dimensionamento e localização dos canais de enchimento e alimentação • Conhecimento das causas e das medidas corretivas quanto aos defeitos de solidificação (rechupes, trincas, porosidades) e às heterogeneidades de composição química (segregações). • Otimização e controle das variáveis do processo. • Desenvolvimento de novos materiais e processos. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 7 Nucleação Surgimento da fase sólida de forma estável no seio da fase líquida, sob a forma de pequenos núcleos cristalinos. Crescimento Modo pelo qual estes núcleos crescem sob a forma de cristais ou grãos cristalinos. Como todas as transformações de fase, a solidificação se processa em duas etapas sucessivas de Nucleação e Crescimento de uma nova fase em meio à anterior. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran • Ocorre sem a interferência ou contribuição energética de elementos ou agentes estranhos ao sistema metal líquido-metal sólido. Nucleação Homogênea • Formação do Núcleo é devida à ocorrência do Superesfriamento Térmico. Superesfriamento Térmico ⇒ Condição essencial para que os embriões da fase sólida possam sobreviver na forma de núcleos estáveis. Fase Líquida Superesfriada Térmicamente Fase Sólida apresenta Maior Estabilidade Termodinâmica, pois possui um valor de Energia Livre (G) menor que a fase líquida. ⇒ Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 10 Interface Plana Interface Celular Interface Dendrítica Nucleação Independente Diferentes Tipos de Interfaces de Solidificação Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran Líquido Sólido Crescimento com Interface Lisa ou Solidificação Progressiva A Interface cresce segundo um Plano Atômico bem definido que separa as Fases Sólido (ordenada atomicamente) e Líquido (desordenada atomicamente), caracterizado por uma variação abrupta e nítida Típico de Metais Puros ou Ligas Eutéticas. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 11 Crescimento com Interface Difusa ou Solidificação Extensiva Metal Semi-Sólido Metal Líquido Metal Sólido A Interface de Crescimento não apresenta uma separação bem definida entre as Fases Sólido e Líquido ocorrendo a formação de uma região intermediária formada pela mistura de fases sólida e líquida (metal semi-sólido). Modelo de Crescimento característico de Ligas que solidificam sob um intervalo de temperaturas ( ∆T = TL – TS ⇒ Intervalo de Solidificação) Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran MACROESTRUTURAS DE SOLIDIFICAÇÃO • Zona Coquilhada (Chill) 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 orientação cristalográfica aleatória. Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran 12 Macroestrutura de um lingote de Al puro Estrutura 100%Colunar Macroestrutura de um lingote da liga Al6Mg Estrutura 100%Equiaxial Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran Influência dos parâmetros do processo e do material sobre a formação da macroestrutura ↑ Extração de Calor Adição de Inoculante ↑ % de Soluto Agitação do líquido Uso de massalotes ↑ Grau de Superaquecimento Zona Equiaxial Zona Colunar Zona Coquilhada Parâmetro ↓ Processos de Fabricação – Parte 2: Fundição Aula 02: Fundamentos da solidificação de metais e ligas. Prof. Dr. Guilherme Verran