Utilização dos D.E. no entendimento dos diferentes tipos de solidificação de metais e/ou ligas

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1 Dr. Eng. Metalúrgica Aula 06: Fundamentos da Solidificação dos Metais Parte 2 Utilização dos Diagramas de Equilíbrio no estudo da solidificação Solidificação e Equilíbrio formação da microestrutura Macroestruturas de Solidificação parâmetros de influência Utilização dos D.E. no entendimento dos diferentes tipos de solidificação de metais e/ou ligas T Solidificação de Metais Puros L T B T A Linha Liquidus Linha Solidus T e α α + L e β + L β Solidificação Monofásica Liga com grande T Solidificação Monofásica Liga com pequeno T α + β A B Solidificação Polifásica Ocorrência de reação eutética C 1 C 2 C e T = T liquidus T sólidus Intervalo de Solidificação 1

2 Evolução da estrutura para um Sistema Isomorfo (Cu-Ni) resfriando sob Condições de Equilíbrio Estrutura policristalina e monofásica Solução Sólida Evolução da estrutura para um Sistema Isomorfo (Cu-Ni) resfriando sob Condições de Não Equilíbrio Ocorrência de gradientes de concentração ao longo dos grãos Coring ou Zoneamento Segregação Forma de eliminação Tratamento Térmico (Homogeneização) 2

3 Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn com composição C 1. Estrutura Policristalina e Monofásica a temperatura ambiente % de Soluto não excede ao limite de máxima solubilidade sólida Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn com composição C 2. Estrutura Policristalina e Polifásica a temperatura ambiente % de Soluto excede ao limite de máxima solubilidade sólida Ao longo do resfriamento as partículas da fase β vão crescer 3

4 Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn com composição Eutética (C 3 ) Na temperatura eutética (183 0 C) a fase líquida se transforma em uma estrutura formada por lamelas de α e β. Um microconstituinte Micrografia de uma liga Pb-Sn com composição eutética, formada por lamelas de solução sólida α rica em Pb (escuras) e lamelas de solução sólida β rica em Sn (claras), aumento 375x. 4

5 Representação esquemática do resfriamento sob Condições de Equilíbrio para uma liga Pb-Sn que cruza a isoterma eutética (C 4 ) Na temperatura ambiente a liga é constituída por grãos da fase primária α e grãos do eutético (α + β) Dois microconstituintes Micrografia de uma liga Sn-Pb com composição hipoeutética 50Pb-50Sn, mostrando fase α primária rica em Pb(regiões escuras) em uma estrutura eutética lamelar(lamelas claras de β rica em Sn e lamelas escuras de α rica em Pb), aumento 400x. 5

6 Aços pequenos e grandes T em função do % de C 1 2 Fofos T muito pequeno ou inexistente Pequeno T Grande T Aços Ferros Fundidos Ligas que solidificam com temperatura constante INTERFACE PLANA METAIS PUROS COMPOSIÇÃO EUTÉTICA Representação esquemática do modelo de solidificação de um metal puro 6

7 Ligas com pequeno intervalo de solidificação FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO PLANA AÇOS FERROS FUNDIDOS LATÕES Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com pequeno intervalo de solidificação. Ligas com grande intervalo de solidificação FRENTE DE SOLIDIFICAÇÃO DENDRÍTICA LIGAS DE Al HIPOEUTÉTICAS BRONZES Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com grande intervalo de solidificação. 7

8 Representação esquemática do modelo de solidificação de uma liga com intervalo de solidificação médio 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. 8

9 Representação esquemática dos três tipos de estruturas brutas de fusão normalmente existentes nos lingotes: Zona Coquilhada: é formada por pequenos grãos equiaxiais de orientação cristalográfica aleatória junto a interface metal-molde. Zona Colunar: formada por grãos alongados e finos que se alinham paralelamente a direção do fluxo de calor. Zona Equiaxial Central: formada por grãos equiaxiais de orientação cristalográfica aleatória. Possíveis variações na macroestrutura de um lingote. (a) Ausência da Zona Equiaxial Central (b) Presença das três Zonas (c) Ausência das Zonas Coquilhada e Colunar. 9

10 Influência dos parâmetros do processo e do material sobre a formação da macroestrutura Parâmetro Grau de Superaquecimento Uso de massalotes Agitação do líquido % de Soluto Adição de Inoculante Extração de Calor Zona Coquilhada Zona Colunar Zona Equiaxial Influência dos Parâmetros de Solidificação sobre as Estruturas: Teor de Soluto Variação esquemática do comprimento relativo da zona colunar em função do teor de soluto. 10

11 Influência dos Parâmetros de Solidificação sobre as Estruturas: Temperatura de Vazamento Variação esquemática do comprimento relativo da zona colunar em função da temperatura de vazamento. Macroestrutura de um lingote de Al puro Estrutura 100%Colunar Macroestrutura de um lingote da liga Al6Mg Estrutura 100%Equiaxial 11

12 Efeito do Grau de Superaquecimento sobre a Bruta de Fusão do Al Puro S = 70 0 C S = C COMPARAÇÃO DAS MACROESTRUTURAS DE UM METAL PUROE DE UMA LIGA VAZADOS COM O MESMO GRAU DE SUPERAQUECIMENTO Al Puro Estrutura formada por grãos colunares. Al 6Mg Estrutura formada por grãos equiaxiais 12

13 Macroestrutura do Aço Inox do tipo 18-8: Estrutura fundida de grãos grosseiros (parte superior) e o mesmo aço refinado por inoculação de agentes nucleantes (parte inferior). 13

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