Professor: Guilherme O. Verran Dr. Eng. Metalúrgica Aula 03_a: Escoamento de metais líquidos Fluidez 1. Introdução - Definição de Fluidez Ensaios de Fluidez 2. Fatores que influenciam na fluidez Temperatura de Vazamento (Superaquecimento) Modelo de Solidificação Composição Química Materiais do Molde Temperatura do Molde 3. Resultados Experimentais PROPRIEDADES DOS METAIS LÍQUIDOS Fluidez: propriedade determinante da maior ou menor aptidão de um material metálico preencher adequadamente a cavidade de um molde de modo a permitir a obtenção de peças fundidas. Casos Críticos: peças que apresentam paredes muito finas o fluxo de metal líquido precisa percorrer distâncias muito grandes grandes perdas de carga e de temperatura (peças com geometrias tipo placa). 1
ENSAIO DE FLUIDEZ O método mais aceito para medir a fluidez de uma liga é o que utiliza um molde cujo canal é uma espiral, tornando o molde muito compacto e menos suscetível ao desnivelamento. (Campbell, 1991) Modelo esquemático da espiral para o teste de fluidez (Campbell, 1991) METALÚRGICOS Temperatura de Superaquecimento 100 80 T v = 760 0 C Fluidez (%) 60 40 20 T v = 704 0 C 0 0 5 10 15 20 25 Silício (%) 2
METALÚRGICOS Temperatura de Superaquecimento É definida como a diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura líquidus. Quanto maior o superaquecimento maior a redução da viscosidade. (Di Sabatino, 2005) A elevação da temperatura de superaquecimento, retarda a nucleação e o crescimento de grão na frente de avanço do metal no interior do canal (Di Sabatino, 2005; Qingyou, 2005) METALÚRGICOS Modelo de Solidificação e Composição Química Fluidez (cm) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 T = 800ºC 10 0 0 10 20 30 40 50 60 cobre (%) Máxima Fluidez no ponto de composição eutética Solidificação Progressiva Mínima Fluidez em composições referentes a Regiões de Grandes Intervalos de Solidificação Solidificação Extensiva 3
METALÚRGICOS Modelo de Solidificação Solidificação Progressiva Solidificação Extensiva Melhor Fluidez Ilustração da influências do modelos de solidificação sobre a fluidez (Di Sabatino, 2005) METALÚRGICOS Modelo de Solidificação As restrições causadas pelos cristais que crescem com superfícies irregulares em ligas com grande intervalo de solidificação é muito maior quando comparada a solidificação progressiva dos metais puros e ligas eutéticas. (Campbell,1991; Ravi, 2007) 4
METALÚRGICOS Composição Química Composição e elementos de liga - apresentam influência na viscosidade, tensão superficial, intervalo e modelo de solidificação. (Ravi, 2007) Interferem na fluidez. Efeito dos elementos de liga na fluidez do alumínio puro vazado em molde de areia, usando diferentes temperaturas de superaquecimento. (Ravi, 2007) CARACTERÍSTICAS DO MOLDE Materiais do molde A fluidez do alumínio medida no molde de espiral confeccionado com sílica foi superior ao confeccionado com areia de zircônia, este fato se dá em função do elevado poder de coquilhamento da zircônia (50% maior). (Ravi, 2007) Em testes de fluidez realizados a vácuo o alumínio apresentou maior fluidez no tubo de inox que no tubo de quartzo. (Ravi, 2007) 5
CARACTERÍSTICAS DO MOLDE Temperatura do molde Efeito da temperatura do molde e temperatura de vazamento na fluidez do Al e suas ligas em molde de aço. (Ravi, 2007) Resultados de pesquisa sobre fluidez realizada no LabFund/DEM/PGCEM/Udesc Modelo Proposto: enchimento contra a gravidade com redução gradativa na seção do corpo de prova. 6
Bacia de Vazamento Modelamento do conjunto fundido: mostrando os diferentes componentes do sistema de canais de enchimento Canal de Descida Canal de Distribuição Canal de Ataque PROJETO DO MOLDE METÁLICO Método proposto por Fuoco para placas fundidas em coquilha com partição vertical; Canais de descida, distribuição e ataque tipo faca; Sistema divergente 1:2:2; O sistema diminui a velocidade por atrito, reduzindo a velocidade e a turbulência. 7
MOLDE METÁLICO Método para medição da máxima distância de fluidez 8
Influência do modelo de solidificação uso de ligas com diferentes intervalos de solidificação. 140 Cavidade Cheia T 130ºC T 80ºC T 130ºC 120 Distância de Fluidez (mm) 100 80 60 Comportamento típico Intervalo de solidificação O Silício teve pouca influência c/ maior grau de superaquecimento Al puro Liga 356 Liga 413 40 20 0 Comportamento semelhante 0 20 40 60 80 100 120 140 Grau de superaquecimento (ºC) T liquidus Al puro = 660ºC T liquidus Liga 356 = 615ºC T liquidus Liga 413 = 580ºC Influência da qualidade do banho contaminação do banho pela adição de cavacos 140 Cavidade Cheia 120 Distância de Fluidez (mm) 100 80 60 Redução na fluidez das ligas c/ cavaco 413 100% 413 + 30% 98% 413 + 50% 88% Liga 413 Liga 413 (30%) Liga 413 (50%) 40 20 Comportamento semelhante 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Grau de superaquecimento (ºC) T liquidus Liga 413 = 580ºC 9