Nº

Transcrição

1 COMUNICAÇÃO TÉCNICA Nº Solidificação rápida de ligas (Nd,Pr)-Fe-B por lingotamento de tiras (strip casting) João Batista Ferreira Neto Marcelo de Aquino Martorano João Ricardo Filipini da Silveira Palestra apresentada na REUNIÃO INSTITUTO NACIONAL DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA PROCESSAMENTO DE IMÃS DE TERRAS RARAS PARA INDÚSTRIA DE ALTA TECNOLOGIA, 2., 2017, Joinvile. A série Comunicação Técnica compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública. Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo S/A - IPT Av. Prof. Almeida Prado, 532 Cidade Universitária ou Caixa Postal 0141 CEP São Paulo SP Brasil CEP Tel /4000 Fax

2 Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Solidificação rápida de ligas (Nd, Pr)-Fe-B por lingotamento de tiras (strip casting) Prof. Dr. João Batista Ferreira Neto (IPT) Prof. Dr. Marcelo de Aquino Martorano (USP) M.Sc. João Ricardo Filipini (IPT) 17/08/2017

3 Lingotamento de tiras (strip casting)

4 Lingotamento de tiras (strip casting) Liga (Nd, Pr)-Fe-B em estado líquido, sob atmosfera de argônio é vazada sobre um rolo refrigerado em rotação

5 Instalação Modulo de Solidificação Feita a aquisição de um modulo de solidificação de lingotamento de tiras (strip casting) com capacidade para 3kg A ser instalado no forno de indução a vácuo já existente, que precisa ser reparado Fase de instalação

6 Linhas de trabalho Modelagem da solidificação por campo de fases (phase field) Otimização dos parâmetros do lingotamento de tiras Produção de ligas (Nd, Pr)-Fe-B com diferentes elementos de liga

7 Contratação de bolsistas 01 DTI-B realização dos experimentos de lingotamento de tiras, fará doutorado na nucleação das fases. 02 Doutorados: Transferência de calor no lingotamento de tiras e solidificação. Modelagem da solidificação por técnica do campo de fases (phase field).

8 Modelagem Campo de Fases Experimentos com medição de temperatura em forno de indução a vácuo Formação de ferro alfa e taxa de resfriamento

9 Modelagem Campo de Fases Solidificação Direcional de Ligas do Sistema Nd- Fe-B Solidificação de cilindros a partir da extração de calor de uma extremidade do lingote Taxas de resfriamento diferentes para diferentes distâncias em relação à extremidade Observação da variação de quantidade fase Fe- nas diferentes distâncias (taxas de resfriamento)

10 Modelagem Campo de Fases Variação da grandeza Φ, campo de fases f A φ, T = 1 p φ f A S T + p φ f A L T + W A g(φ)

11 Transferência de calor nas tiras Solidificação de liga Nd-Fe-B no strip casting, variando os parâmetros de processo Aferição da transferência de calor, cálculo do coeficiente de transferência de calor por contato, h, pelo método inverso

12 Transferência de calor nas tiras 1 Fenômenos Considerados Transferência de calor Escoamento do metal líquido sobre o rolo Crescimento das fases Difusão de Fe e B no interior das fases Previsão da microssegregação de Fe e B Previsão da fração das fases: Fe-, 2 Equações do Modelo Matemático Conservação de Massa, Energia Quantidade de movimento Espécies químicas. 3 Equações Diferenciais Definição da malha numérica Discretização das equações diferenciais

13 4 Testes Paramétricos Velocidade de rotação, Temperatura de vazamento, Vazão de metal, Espessura das tiras, Resistência térmica no contato tira-rolo Tempo de solidificação, Fração volumétrica de fase Ferro- e fase, Microssegregação de Fe e B, Taxa de resfriamento 5 Obtenção das Tiras e Amostras Obtenção de amostras em diferentes dispositivos com diferentes taxas Medida de tamanho e espaçamento entre as fases presentes, medindo-se curvas de resfriamento Correlação entre taxa de resfriamento e espaçamento entre as fases Escolher condições de velocidade de rotação do rolo, temperatura de vazamento, vazão de metal líquido, condições de contato Obtenção das tiras na máquina de lingotamento Caracterização das tiras Estimativa da taxa de resfriamento na tira a partir da correlação obtida na etapa anterior 6 Determinação do Coeficiente de Transferência de Calor no Contato Tira-Rolo Ajuste do coeficiente de transferência de calor tira-rolo até obter concordância entre valores calculados e medidos Comparando parâmetros como taxa de resfriamento, fração volumétrica de fases Fe- e e temperatura da parede do rolo

14 Efeito dos elementos de liga Solidificação de liga (Nd, Pr)-Fe-B no strip casting, variando a composição Efeito dos diferentes elementos de liga na solidificação e nas propriedades dos ímãs

15 Efeito dos elementos de liga Solidificação Isotérmica de Ligas do Sistema Nd-Fe-B Em copo de areia com termopar Recalescência das curvas de resfriamento indica nucleação de grãos ou novas fases Análise Térmica Diferencial de Ligas do Sistema Nd-Fe-B Ensaios a diferentes taxas de resfriamento Observação da alteração na temperatura de nucleação da fase primária (Fe- )

16 Efeito dos elementos de liga Adição de Elementos Refinadores de Grão ao Banho Líquido Adição de elementos candidatos ao refino de grão (Ti,C) Ensaios de solidificação nos diferentes sistemas (isotérmico, direcional, diferencial) Medidas de tamanho de grão médio final Observação de alterações nas temperaturas de nucleação Instalação e Funcionamento da Máquina de Lingotamento de Tiras Instalação e ensaios preliminares Obtenção de tiras em diferentes condições de processamento Caracterização das amostras e observação do efeito das variáveis de processamento na microestrutura Interpretação dos efeitos com base nos ensaios realizados nos sistemas de solidificação

17 Conclusões Projetos em linhas diferentes que se complementam Abordar aspectos fundamentais da solidificação Utilizando modelos matemáticos