SOLIDIFICAÇÃO. A.S.D Oliveira

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1 SOLIDIFICAÇÃO

2 Temperatura de fusão = T de solidificação? L L interface S G1 G2 = G1+ G G Gv T Gsólido Glíquido T Tf T

3 Nucleação homogênea G 2 =V S G v + V L G V +A SL SL Para uma particula esférica: G r =-4/3 r 3 G v + 4 r 2 SL r* 2 Tm L T S r* = raio critico = energia livre da superfície T m = temperatura de fusão L S = calor latente de solidificação Para reduzir energia do sistema: r* = núcleo crítico: núcleo < r* redução; núcleo>r* crescimento T = T m - T = super-resfraimento

4 Efeito do super-resfriamento sobre o raio critico Raio critico r* diminui com o aumento de T Quanto maior o super-resfriamento menor serão r* e Gv*

5 Taxa de nucleação Depende do número de aglomerados de átomos com raio r e da frequência com um átomo se agregam a este aglomerado É necessário um superresfriamento mínimo para que se inicie a nucleação

6 Nucleação Heterogênea G het =V S G v +A SL SL +A SI SI -A SL SL Condição necessária para que a nucleação seja eficiente: SI < IL + SL No equilibrio: IS = IL + ( SL cos ) 0 < <90 a condição de molhabilidade é satisfeita, já para > 90 não é. Ocorrendo molhabilidade, um núcleo com um raio de curvatura igual ao raio critico em nucleação homogênea pode ser formado a partir de um número muito menor de átomos do que seria necessário para a formação de um núcleo livre no seio do líquido. super-resfriamento necessário para a nucleação heterogênea é muito menor do que o necessário para a nucleação homogênea.

7 Nucleação homogênea vs nucleação heterogênea Taxa de nucleação Variação de energia livre para o mesmo r*

8 Solidificação: - nucleação - crescimento Temperatura Temperatura a) b) sólido líquido sólido líquido

9 Crescimento do sólido depende da interface: Lisa (não metais) atomicamente plana e compacta Rugosa (metais) transição L/S é gradual em várias camadas atômicas; aumento da desordem e enfraquecimento gradual da ligação entre os átomos Crescimento lateral Nucleação na superfície Crescimento em espiral Influência do super-resfriamento da interface S/L na taxa de crescimento para diferentes interfaces

10 Crescimento influência do escoamento de calor Crescimento planar Crescimento não planar

11 Crescimento não planar Crescimento dendritico

12 Crescimento em ligas metálicas Desenvolvimento de dendritas Segregação do soluto

13 Solidificação de ligas: Em Equilíbrio Sem difusão no sólido e mistura perfeita no liquido (queda gradual de T do liq) Sem difusão no sólido e difusão no liquido

14 Desenvolvimento de dendritas Segregação do soluto no desenvolvimento de dendrítas Dendritas de um sistema Ni-Al José Eduard/oUnicamp

15 Crescimento celular

16 Efeito do super-resfriamento constitucional na morfologia de solidificação.

17 Formação de uma estrutura dendritica Relação com a estrutura de grão Resistência mecânica é proporcional ao espaçamento entre braços secundários das dendritas

18 Formação de grãos em um metal fundido

19 Crescimento dendritico em um sistema eutético Al-Ni Com autorização de José Eduardo/Unicamp

20 Microestrutura de solidificação no equilibrio e resfriadas fora do equilibrio?

21 Liga hipo-eutética

22 Liga peritética

23

24 Solidificação eutética L -> + Eutético lamelar Eutético divorciado volume de uma das fases é muito pequeno

25 Solidificação de lingotes Zona coquilhada Zona colunar Zona equiaxial

26 Solidificação em soldagem/vazamento continuo Taxa de aporte de calor (depende do processo de soldagem e da dimensão da solda; ou do volume e temperatura do fundido, q Velocidade do arco; velocidade de retirada do tarugo, v Condutividade térmica do metal sendo soldado ou fundido, Ks Espessura da placa sendo soldada ou fundida, t

27 Solidificação em soldagem Condutividade Os parâmetros Ks, v, t e q irão determinar a morfologia da solidificação Velocidade espessura

28 Solidificação em soldagem Diluição Crescimento normal as isotermas; ajuste a velocidade da fonte de calor Alteração da composição quimica Remoção da camada de óxido do metal base Resfriamento da poça de fusão

29 Solidificação em soldagem Efeito da velocidade Cristais tendem a seguir o gradiente de T mais severo Relação entre velocidade de crescimento e velocidade de soldagem Crescimento mais rápido no centro e mais lento nas bordas 1. Crescimento epitaxial 2. Crescimento lento com estrutura planar seguida de estrutura celular fina 3. Crescimento celular dendritico resultando em estruturas colunares grosseiras 4. No final, no centro do cordão crescimento rápido com grande segregação

30 Considere as aletas de turbinas abaixo. Assumindo que todas foram produzidas com a mesma liga de Ni, descreva como se desenvolvem as 3 estruturas de solidificação

31 Ni30wt%Al Ni12wt%Al Explique o desenvolvimento das estruturas de solidificação considerando que o desenvolvimento do composto intermetálico é exotérmico

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