Orientadores: Amauri Garcia, Ivaldo Leão Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T17:05:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moutinho_DanielJoaquimdaConceicao_D.pdf: 29526355 bytes, checksum: 14b9f3b019fb01fcd929eee181a63d1e (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As ligas fundidas de alumínio vêm desempenhando um papel importante no crescimento da indústria metal-mecânica. Hoje, essas ligas são produzidas em vários sistemas e dezenas de composições. Destacamos as ligas do sistema ternário Al-Cu-Si que apresentam excelente fluidez, alta resistência mecânica e baixo peso, o que as tornam uma escolha adequada como ligas de fundição, sendo amplamente aplicadas na indústria automotiva e aeroespacial. Tais características e o elevado grau de destaque dessas ligas no campo científico e tecnológico têm despertado o interesse de pesquisadores para o desenvolvimento de trabalhos que visam a investigação da evolução microestrutural, formação de macrossegregação e porosidade na solidificação. Neste trabalho, a caracterização e quantificação microestrutural e suas correlações com os parâmetros térmicos da solidificação de ligas Al-Cu-Si são investigadas juntamente com a macros segregação e formação de porosidade tanto através de simulações numéricas quanto através de experimentos de solidificação direcional em regime transitório. A microestrutura dendrítica foi caracterizada por técnicas tradicionais de metalografia para as ligas Al6Cu1Si e Al6Cu4Si e a quantificação dos espaçamentos dendríticos realizada por metodologias consagradas na literatura. Os resultados mostram que a adição de silício na composição da liga diminui os espaçamentos dendríticos primários e secundários quando comparados com a liga binária Al-Cu de mesmo teor de cobre. São propostas leis experimentais de evolução dos espaçamentos dendríticos como função da taxa de resfriamento ( ? ) e da velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL), na forma 'lambda IND. 1' = C ( ? )-0,55, 'lambda IND. 2' = C ( ? )-0,33 'lambda IND. 3' = C ( ? )-0,55 para os espaçamentos primários, secundários e terciários respectivamente. Os valores experimentais dos espaçamentos dendríticos secundários foram comparados com o único modelo teórico de crescimento dendrítico existente na literatura para ligas multicomponentes. O diagrama de fases ternário, bem como os caminhos de solidificação de ambas as ligas analisadas, e propriedades termofísicas necessárias para simulações numéricas foram determinadas através do software Thermo-Calc. Os perfis experimentais e numéricos de macrossegregação, bem como as densidades teóricas e aparentes são apresentados em função do comprimento dos lingotes. Os perfis de soluto durante a solidificação unidirecional transitória das ligas foram calculados levando-se em conta transformações de fase secundárias que ocorrem ao longo do referido sentido de solidificação. A microporosidade foi obtida experimentalmente através de um procedimento picnométrico. Também é mostrado que o uso de uma chapa molde de aço carbono induz um aumento atípico na fração de poros próximos à superfície resfriada do lingote, o que é causado por uma maior concentração de ferro provocada pelo fluxo difusivo deste elemento da chapa molde para a superfície do lingote / Abstract: Aluminum alloys castings had a fundamental role in the growth of the metal-mechanics industry. Nowadays these alloys are supplied in a wide range of chemical compositions. We highlight the Al-Cu-Si ternary system because of particular outstanding properties such as high mechanical strength, low weight and very good fluidity. These qualities make them a good choice for applications in the automotive and aerospace industry. The potential of such alloys has attracted much attention of researchers with a view to investigating the microstructure evolution, and the formation of macrosegregation and porosity during the solidification process. In the present work, the microstructures of Al-Cu-Si alloys are characterized and correlated with solidification thermal parameters. The evolutions of macrosegreation and porosity during transient solidification are also examined both experimentally and by numerical simulations. The dendritic microstructure has been characterized using current metallographic techniques for both Al6Cu1Si e Al6Cu4Si alloys and the interdendritic spacings were measured by methods found in the literature. The results have shown that the addition of silicon to the alloy composition decreases the primary and secondary dendritic spacing when compared with those of an Al6Cu alloy. Experimental laws describing the evolution of dendritic spacings with the cooling rate ( ? ) and the velocity of the liquidus isotherm (VL) are proposed, i.e., 'lambda IND. 1' = C ( ? )-0,55, 'lambda IND. 2' = C ( ? )-0,33 and 'lambda IND. 3' for the primary, secondary and tertiary dendritic spacings, respectively. The experimental results of secondary dendritic spacings have been compared with the predictions of the only theoretical model existing in the literature for dendritic growth of multicomponent alloys. The Thermo-Calc software has been used to yield the tertiary phase diagram, thermophysical properties and the solidification path for both alloys. The experimental and numerical macrosegregations profiles, as well as the theoretical and apparent densities are presented as a function of the castings lenghts. The solute profiles that occur during the transient unidirectional solidification were simulated taking into account the formation of secondary phases during solidification. The microporosity was determined using a pyknometry procedure. The work also shows that the use of a carbon steel chill plate induces an abnormal increase in porous fraction at regions close to the casting cooled surface caused by a higher iron content, due to diffusive flux of iron from the chill steel plate toward the casting surface / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T22:41:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castanho_ManuelAntonioPires_D.pdf: 6610836 bytes, checksum: 8e61ed4118dfb9e291856d0e0771c490 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T09:32:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_RaykleisonIgordosReis_D.pdf: 4245831 bytes, checksum: 07427cc907cc6cf8690c510c3dd14a1c (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O presente trabalho consiste na investigação numérica e experimental do carregamento de um leito fixo com material de mudança de fase no interior das cápsulas esféricas. O modelo matemático é baseado na equação da energia e a solução obtida com a técnica numérica em diferenças finitas com o esquema da malha móvel. O acoplamento do fluido de trabalho com as cápsulas foi feita utilizando o balanço de energia com o material de mudança de fase, obtendo a temperatura em função do tempo e da posição no leito. O modelo desenvolvido mostra os efeitos da temperatura de entrada, vazão mássica, diâmetro da cápsula esférica, material das cápsulas, tempo de carregamento e altura do armazenado. A Validação e otimização dos resultados foi feita com base nos resultados experimentais apresentados. As equações empíricas apresentadas podem ser ferramentas úteis como forma alternativa nos projetos de armazenadores com erro médio de ± 11% e a incerteza nos dados experimentais para a temperatura é de ± 0,5oC. Todos os resultados são analisados e discutidos / Abstract: The present work is to investigate numerical and experimental and the charging of fixed bed PCM within the spherical capsules. The mathematical model is based on the energy equation and the solution obtained with the numerical technique of finite difference scheme with mesh mobile. The coupling of the working fluid with the capsules was conducted using the energy balance of the phase change material, obtaining the temperature versus time and bed position. The model shows the effects of the inlet temperature, mass flow rate, diameter of the spherical capsule, the capsule material, charging time and the stored height. Validation and optimization of the results was based on experimental results. The empirical equations presented can be useful tools as an alternative projects in storages with average error of 11% and the uncertainty of the experimental data for temperature is 0.5oC. All results are analyzed and discussed / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Ivaldo Leão Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T13:38:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_LaercioGouvea_D.pdf: 17047245 bytes, checksum: 5fae42e8e6af30ec0ed1e1c1ea889af5 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: As ligas de alumínio para fundição possuem propriedades de grande interesse industrial, como: baixa massa especifica, boa resistência a corrosão, elevadas condutibilidade térmica e elétrica, boas combinações de propriedades mecânicas, boa trabalhabilidade em processos de usinagem e conformação mecânica. Atualmente, essas ligas são produzidas em vários sistemas e dezenas de composições. A literatura apresenta vários estudos tanto teóricos quanto experimentais focando na evolução microestrutural de ligas binárias a base de alumínio. Leis de crescimento celular e dendritico experimentais e teóricas foram propostas e devidamente validadas. As analises de macrossegregação e formação de poros de ligas binárias de alumínio também foram contempladas em vários estudos recentes. Entretanto, são escassos os estudos abordando importantes famílias de ligas multicomponentes a base de alumínio. Nesse sentido, o presente trabalho se propôs a analisar ligas da família Alumínio-Silício-Cobre (A319.1 e A333.1) [Al-5,5%Si-3,0%Cu e Al-9,0%Si-3,0%Cu] no que diz respeito a evolução da microestrutura dendrítica, macrossegregação e formação de porosidade na solidificação. Para a produção das ligas ternárias foram utilizados Alumínio e Silício comercialmente puros e Cobre eletrolítico. A macrossegregação de soluto e a formação de microporosidade são investigadas tanto experimentalmente quanto por meio de simulações numéricas. A microestrutura dendrítica e quantificada através de seus espaçamentos primários, secundários e terciários, que são devidamente correlacionados com os parâmetros térmicos da solidificação. Os perfis de macrossegregação de soluto, densidade teórica e densidade aparente são apresentados ao longo dos comprimentos dos lingotes. Os perfis de segregação de soluto experimentais foram obtidos através da técnica de espectrometria de fluorescência de raios-X e para a simulação foram calculados levando-se em conta transformações de fase secundarias que ocorrem ao longo da solidificação. As medições de microporosidade foram realizadas utilizando-se a técnica de picnometria...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: Aluminum casting alloys have properties which are of great industrial interest, such as low density, good corrosion resistance, high thermal and electrical conductivities, good combination of mechanical properties, good workability in machining processes and mechanical forming. Currently, these alloys are produced in various systems and dozens of compositions. The literature presents several studies, both theoretical and experimental, focusing on the microstructural evolution of binary aluminum base alloys. Theoretical and experimental cellular and dendritic growth laws have been proposed and validated. Macrosegregation and pore formation during solidification of binary alloys of aluminum have been the focus of several recent studies. However, there are few studies in the literature addressing important families of multicomponent aluminum base alloys. Accordingly, this study aims to analyze Aluminum- Silicon-Copper alloys (series: A319.1 and A333.1) [Al-5.5wt%Si-3.0wt%Cu and Al-9.0wt%Si- 3.0wt%Cu] with respect to the evolution of the dendritic microstructure, porosity formation and macrosegregation during solidification. For the production of the ternary alloys commercially pure aluminum and silicon and electrolytic copper have been used. Solute macrosegregation and microporosity formation are investigated both experimentally and through numerical simulations. The dendritic microstructure is quantified by their primary, secondary and tertiary arm spacings, which are correlated with solidification thermal parameters. The solute macrosegregation profiles, theoretical and apparent densities have been determined along the castings lengths. The solute segregation profiles were obtained by X-ray fluorescence spectrometry and the simulations were performed taking into account secondary phase transformations that occur during solidification. Microporosity measurements were carried out by the picnometry technique...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador : Maria Clara Filippini Ierardi / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T17:22:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rossini_FabianoRogerio_M.pdf: 7888725 bytes, checksum: dd34bb11d27b182b24e1f36f0c9fd3ea (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A tecnologia de soldagem laser evoluiu de forma positiva em todo o mundo, como um processo de elevado potencial nas indústrias. A soldagem a laser é uma ferramenta poderosa na fabricação de peças complexas, constituídas de materiais de mesma ou diferentes espessuras, além da possibilidade de união de materiais diversos. As velocidades atingidas e o confinamento de energia depositada pelo feixe no material base são as principais vantagens do processo. Este método apresenta, quando comparado com outros métodos, facilidade de controle e posicionamento do feixe, ausência de atmosfera controlada, além de produtos com melhores propriedades mecânicas devido à obtenção de uma microestrutura mais refinada e homogênea. O trabalho apresenta uma análise da soldagem a laser em chapas grossas de aço baixo carbono, onde se analisa a dureza no material base, na zona termicamente afetada e no cordão de solda em duas direções, como também a microestrutura da região soldada, em relação aos parâmetros operacionais e também a caracterização e quantificação de defeitos na solda de acordo com uma norma especifica para soldagem a laser. A dureza no cordão apresentou valores maiores que no material base, mantendo-se constante na profundidade. A microestrutura resultante no cordão soldado apresentou-se grosseira e direcional no sentido de extração de calor, tendo a zona termicamente afetada dimensões mínimas com refino dos grãos quando comparados ao material base / Abstract: The laser welding technology has shown evolution in the whole world, like a potential process in modem industry. Laser welding is an efficient tool for manufacturing complex components, wich are composed by different materials and thickness. The process speed and the beam energy focusing are the main advantages in this process. When compared with other methods, this new technology presents ease beam control and positioning, no need of an inert atmosphere, besides products with better mecanical properties due to homogenous and refined microstructure. The present work presents a study of laser welding in low carbon steel plate, analyzing the superficial hardness of base material, thermal affected zone and weld, all of then both in the transversal section and through the weld depth, as well as microstructure regarding operational parameters. The weld hardness is higher than the hardness of material base, and constant along the depth. The resulting weld microstructure is coarse and aligned with heat flow. The heat affected zone has small dimensions with refined grains when compared to the base material / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-02T15:36:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Osorio_WisleiRiuperRamos_M.pdf: 6164971 bytes, checksum: 3efe6b504cd00467c0800c4d3cdf5d0c (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: A imposição de uma ampla gama de condições operacionais nos processos de fundição e solidificação gera, como conseqüência direta, uma diversidade de estruturas de solidificação. Parâmetros estruturais, tais como tamanho de grão e espaçamentos dendriticos são fortemente influenciados pelo comportamento térmico do sistema metal/molde durante a solidificação, consequentemente impondo uma estreita correlação entre o sistema descrito e a microestrutura resultante. As propriedades mecânicas de uma liga dependem do arranjo microestrutural decorrente da solidificação. Sobre essas circunstâncias, o comportamento mecânico da liga, representado pelas tensões e/ou deformações, será definido pelo tamanho de grão, espaçamentos dendriticos, eventuais porosidades e partículas ou outras fases segregadas. Expressões que correlacionem o comportamento mecânico com os parâmetros microestruturais são bastante úteis para um planejamento prévio das condições de solidificação em função de um determinado nível resistência mecânica que se pretenda alcançar, como exemplo, estabelecer um caminho de programação tanto da microestrutura, bem como das propriedades mecânicas. O objetivo nesse trabalho é investigar a influência da transferência de calor na microestrutura de solidificação de ligas Zn-AI e a correlação com as propriedades mecânicas. Os resultados experimentais incluem os coeficientes variáveis de transferência de calor metal/molde e molde/ambiente (h;) e (hAmb), espaçamentos dendriticos secundários (Â2), tempo local de solidificação (tSL) e limite de resistência à tração (ou ), em função das condições de solidificação impostas pelo sistema metal/molde / Abstract: The imposition of a wide range of operational conditions in foundry and casting process generates, as a direct consequence, a diversity of solidification structures. Structural parameters such as grain size and interdendritic spacings are highly influence by thermal behavior of the metallmould system during solidification, consequently imposing a close correlation between the described system and resulting microstructure. The mechanical properties of an alloy depend on solidification microstructural arrangement. Under this circumstance, the mechanical behavior of the alloy, represented by stresses andlor strains, will be defined by grain size, interdendritic spacings, casual porosities, segregated products and other phases. Expressions correlating the mechanical behavior with microstructure parameters are very useful for a previous planning of the solidification conditions in terms of a determined leveI of mechanical resistance which is intended to be attained, i.e. to settle a way ofprogramming the microstructure and the mechanical properties as well. The aim of the present work is to investigate the influence of heat transfer on solidification microstructure of Zn-Al alloys and the correlation with mechanical properties. Experimental results include transient metal/mould and moldlenvironment heat transfer coefficients (h;) and (hAmb) , secondary dendrite arm spacings (Â2), local time solidification (tSL) and ultimate tensile strength (Oü) as a function of solidification conditions imposed by the metallmould system / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T02:50:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jaime_MauricioAntonio_D.pdf: 15911235 bytes, checksum: f0f9b8211846278bae6d04c734c91ee2 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A fundição de precisão é considerada com uma das mais antigas técnicas de fabricação envolvendo a conformação de metais e suas ligas. Apesar de ser utilizada há mais de 4.000 anos, esse processo é ainda largamente utilizado na fabricação de inúmeros produtos de engenharia, incluindo componentes de propulsores na industria aeronáutica e partes metálicas de implantes ortopédicos em aços inoxidáveis. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a etapa de transformação líquido/sólido na fundição de um aço inoxidável austenítico AISI 3l6L através da investigação do modo, da microestrutura e da simulação de sua solidificação. Inicialmente, estudou-se o modo de solidificação através da técnica de solidificação direcional sob baixas taxas de crescimento, bem como através de ensaios de análise térmica diferencial. Constatou-se que o aço AISI 3l6L exibe modo A de solidificação, porém, dependendo do nível de segregação de solutos é possível observar o modo AF. Além disso, observou-se que a maioria dos elementos de liga desse aço exibe coeficiente de distribuição menor que a unidade. Esse estudo foi complementado por experimentos de solidificação direcional sob altas taxas de crescimento, o que permitiu correlacionar dimensões dendríticas com parâmetros do processo de transformação de fase. Em seguida, a fundição de uma haste metálica utilizada na reconstrução artificial de quadril foi implementada experimentalmente e virtualmente através da simulação da transferência de calor no processo, empregando o programa AFS Solidification System. O confronto entre resultados teóricos e experimentais mostrou concordância satisfatória. A partir da simulação do processo e de informações decorrentes do estudo do modo e da microestrutura de solidificação foi possível prever a microestrutura dendrítica ao longo da peça fundida. Tais resultados permitem afirmar que a simulação do processo de fundição apoiada em estudos da evolução microestrutural podem auxiliar a otimização da fundição no tocante a custos e qualidade do produto final / Abstract: Investment casting process is considered one of the oldest techniques of metal processing. Even considering this technique has been utilized for more than 4000 years, it is still extensively used to produce a number of engineering products, including aircraft engines components and artificial implant parts made of stainless steel. The main aim of this work is to evaluate liquid/solid transformation in a casting process of the AISI 316L type austenitic stainless steel by analyzing its mode, microstructure and simulation of solidification. Firstly, solidification mode was studying by using directional solidification at low growth rates as well as using differential thermal analysis. It was found that the AISI 316L type austenitic stainless steel exhibits A mode of solidification and, depending on the solute segregation level, it may present AF mo de of solidification. Also, it was observed that the most part of the steel alloy elements has distribution coefficient less than unity. In addition, directional solidification experiments at high growth rate were utilized to find a correlation between secondary dendrite arm spacing and solidification thermal parameters. Following, the investment casting of a metallic femoral stem used in artificial total hip replacement was experimentally made and virtually analyzed by using simulation of the heat transfer process using the AFS Solidification System software. Comparison between both theoretical and experimental results showed satisfactory agreement. By using simulation process supported by studies on mo de and microstructure of solidification it was possible to predict the dendritic microstructure in such a casting. This result allows one to apply casting simulation in order to optimize the casting process in respect to the costs and the quality of a final product / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Rubens Caram Junior, Sergio Gama / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T09:16:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mota_MarilsaAparecida_D.pdf: 24220376 bytes, checksum: c0f24e89b2fd2cd13415ae084a7ac911 (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas propriedades químicas, mecânicas e físicas em temperaturas acima de 1.000 oCo Em diversos sistemas, a estrutura eutética exibe estabilidade térmica inerente e permite obter um material compósito in situ, com microestrutura alinhada através do processo de solidificação direcional. No presente trabalho, ligas do sistema Fe-AlNb e Fe-Al-Nb(Mo) foram obtidas e processadas. Inicialmente, investigou-se a microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de verificar o comportamento das fases do eutético. Observou-se que a fase (FeAl)2Nb solidifica de forma facetada com o aumento do teor de alumínio na liga (- 41%). Em seguida, as ligas eutéticas F_7,5Al22,gNb9,7 e Fe49,7A41,2Nb9,1 foram solidificadas direcionalmente através do processo Bridgman em forno com aquecimento indutivo. As amostras resultantes tiveram suas microestruturas caracterizadas com relação às condições de solidificação e ao comportamento mecânico através de ensaios de dureza, e de compressão nas temperaturas: ambiente, 600 °C e 1.000 oCo Em uma etapa final, essas ligas foram avaliadas quanto à sua resistência à oxidação e quanto à estabilidade de suas microestruturas em alta temperatura. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão das principais características essenciais em um material para uso estrutural, tais como: propriedades anisotrópicas relacionadas ao alinhamento das fases do eutético e o comportamento mecânico em diferentes meios / Abstract: The manufacture of structural components for application in high temperatures and aggressive environments involves the use of materials that maintain their chemical, mechanical and physical properties in temperatures above 1,000 C. The eutectic microstructure of many systems posses inherent thermal stability and it may result in an in situ composite material, with an aligned microstructure by directional solidification process. In the present work, alloys in the Fe-Al-Nb and FeAl-Nb(Mo) systems were obtained and processed. Initially, the microstructures in the as-cast condition were analyzed by through conventional metallographic techniques, with the aim to investigate the eutectic phase behavior. Were noted that the (FeAl)2Nb phase solidifies in a faceted form with increasing aluminum content (- 41 %). Further, the eutectic alloys (F_7,5Al22,8Nb9,7 e Fe49,7Al41,2Nb9,l) were directionally solidified using Brigdman process in furnace with inductive heating. The resultant microstructures were characterized in terms of solidification conditions and in terms of mechanical behavior by hardness testing and compressing at temperatures: environment, 600°C e 1,000 C. In a final stage, the oxidation resistance and the high temperature microstructure stability of the alloys were evaluated. The results obtained allowed to understand the main characteristics to use some material as structural component like: anisotropic properties, mechanical behavior in different conditions / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T12:26:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SiqueiraFilho_ClaudioAlvesde_D.pdf: 11667814 bytes, checksum: 2108313a22ae62b09e67dff9002de00a (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A macroestrutura de solidificação de peças fundidas ou lingotes pode apresentar-se na forma de grãos completamente colunares ou totalmente equiaxiais, dependendo da composição química da liga e das condições de solidificação. Uma forma estrutural mais complexa, típica de solidificação em moldes de maiores difusividade de calor como moldes metálicos e refrigerados, é composta pelas duas zonas estruturais. Essa forma mista de solidificação ocorre quando os grãos equiaxiais encontram condições de nuclear e crescer no líquido, à frente da fronteira colunar de crescimento, provocando a transição colunar/equiaxial. A previsão da transição colunar/equiaxial é de grande interesse na programação das propriedades mecânicas de produtos solidificados. Peças com estruturas completamente equiaxiais são mais apropriadas para inúmeras aplicações, uma vez que apresentam isotropia de propriedades fisicas e mecânicas. Por outro lado, a anisotropia das propriedades das estruturas colunares permite aplicações tecnológicas importantes, como por exemplo, no crescimento de lâminas de turbinas de motores a jato. Uma série de experiências é realizada para analisar a transição colunar/equiaxial durante a solidificação direcional de ligas Al-Cu e Sn-Pb em condições transitórias de fluxo de calor para diferentes superaquecimentos e coeficientes variáveis de transferência de calor na interface meta/molde. Uma abordagem teórico-experimental é desenvolvida para a determinação quantitativa de parâmetros térmicos de solidificação: coeficientes variáveis de transferência de calor meta/molde, velocidades de crescimento da ponta da dendrita, gradientes térmicos e taxas de resfriamento. Os resultados de simulações numéricas, confrontados com resultados experimentais obtidos, mostram que critérios para a transição colunar/equiaxial (TCE), baseados ou na velocidade de crescimento ou no gradiente de temperatura na ponta da dendrita isoladamente, não são capazes de determinar a transição estrutural. A análise indica que um critério mais realista deveria envolver ambos os parâmetros térmicos através da taxa de resfriamento na ponta da dendrita. O crescimento colunar deve prevalecer ao longo do fundido para uma taxa de resfriamento maior do que um determinado valor crítico, e que depende do sistema binário. Estas taxas críticas atingem valores de cerca de 0,2 K/s, para ligas Al-Cu e 0,014 K/s, para ligas Sn-Pb, no presente trabalho. As influências de parâmetros de solidificação, como superaquecimento no metal líquido, concentração de soluto e coeficientes de transferência de calor metal/molde na posição da transição colunar/equiaxial são também investigadas / Abstract: The macroestructure of cast ingots can be characterized by either a completely columnar structure or an equiaxed structure, depending on alloy composition and solidification conditions. A more complex structure, typical of solidification in molds of high heat diffusivity, like chill and cooled molds, both structural forms. This mixed mode of solidification occurs when equiaxed grains can nucleate and grow ahead of the columnar front provoking the columnar to equiaxed transition. The prediction of such transition is of great interest for the evaluation and design of the mechanical properties of casting products. On the other hand, the anisotropy of mechanical properties, typical of columnar structures, enables technological applications of great importance like growing of blades for jet engmes. Experiments are conducted to analyze the columnar to equiaxed transition (CET) during the upward unsteady state directional solidification of Al-Cu and Sn-Pb alloys, under different conditions of superheat and heat transfer efficiencies at the metal/mold interface. A combined theoretical and experimental approach is developed to quantitatively determine the solidification thermal parameters: transient heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients and cooling rates. A numerical procedure combined with experimental results does not give support to CET criteria based either on tip growth rate or on temperature gradients at the dendrite tips. Rather, the analysis has indicated that a more convenient criterion should encompass both thermal parameters through the tip cooling rate. The columnar growth is expected to prevail throughout the casting for a tip cooling rate higher than a critical value, which depends only on the alloy system and observed to be about 0.2 K/s, for Al-Cu alloys and 0.014 K/s, for Sn-Pb alloys in this investigation. The effects of solidification parameters like melt superheat, solute concentration and metal/mold heat transfer coefficient on the CET position are also investigated. / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T17:11:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cheung_Noe_D.pdf: 9027104 bytes, checksum: f402c4572f30f7164f20bf2af1ed439a (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho, é desenvolvido um modelo numérico bidimensional em coordenadas cilíndricas baseado na técnica de diferenças finitas, que permite o mapeamento térmico durante o aquecimento, fusão, solidificação e resmamento ao longo do processo de tratamento superficial a laser. O respectivo modelo é aferido com resultados experimentais e de outros modelos constantes na literatura para os casos de têmpera e refusão superficial a laser. Ensaios experimentais em amostras de aço AIS! 1045 e Al-15%Cu foram realizados no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, utilizandoum laser de C02 CW com potência máxima disponível de I kW. Para efeito comparativo, as trilhas foram feitas variando-se valores de velocidade para um mesmo valor de potência estabelecidos para cada tipo de tratamento. Para as amostras do aço AIS! 1045, os ensaios visaram o estudo do processo de têmpera superficial a laser assim como da resolidificação. Amostras de Al-15%Cu foram submetidas ao tratamento de refusão a laser relação ao aço. Analisou-se as microestruturas resultantes dos tratamentos a laser através de microscopia óptica e eletrônica de varredura, sendo observadas microestruturas refinadas na área tratada a laser refletindo no aumento significativo da dureza confirmado pelos ensaios de microdureza Vickers. Realizou-se a interação entre uma base de conhecimento e o modelo matemático de têmpera superficial a laser através de uma busca heurística de Inteligência Artificial para sugestão de parâmetros operacionais otimizados para a obtenção da máxima profimdidade de martensita a partir da superficie / Abstract: In this work, a two dimensional numerical modei in cylindrical coordinates based on the finite difference technique is developed pennitting the description of the thermal field evolution during heating, fusion, solidification and cooling along the laser surface treatment processo The model predictions are compared to experimental results as well as to those fumished by other models found in literature for the surface quenching and remelting process by laser. AISI 1045 steel and Al-15%wtCu samples were used for the surface treatment by using a 1000W C02 CW laser of the Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. For a comparative effect, the laser tracks were performed with different velocities for a fixed value of power established for each treatment type. AISI 1045 steel samples were used for studying the surface quenching and remelting process by laser and the Al-15%wtCu samples were submitted to the laser surface remelting treatment in order to simulate the process with a material of higher therma1 diffusivity than the steel. The microstructures resulting from the laser treatment are analyzed by using optical and electron scanning microscope and a very refined microstructure is observed which reflects significant hardness increase confirmed by the Vickers microhardness tests. An interaction between a knowledge base and the mathematical model is carried out by using a heuristic search of Artificial Intelligence in order to optimize operational parameters which permit to attain the highest martensite depth from the surface / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica