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Análise experimental e numérica da solidificação direcional de materiais de mudança de fase

Rodrigues, Antonio Flavio Aires January 2001 (has links)
O presente trabalho apresenta uma análise da solidificação unidirecional a partir de um estudo experimental e numérico. A fim de possibilitar a visualização do processo são evitadas as altas temperaturas. Desta forma, materiais com baixo ponto de fusão, abaixo de 50°C, translúcidos e transparentes, são fundidos e solidificados em um solidificador direcional de forma cilíndrica. Visando um processo de solidificação controlado por difusão pura, este solidificador é resfriado pela sua base. São obtidos no experimento os campos de temperatura, além da posição da interface sólido-líquido ao longo do tempo. Na simulação numérica do processo é resolvida a equação da energia, formulada em termos da entalpia usando uma malha fixa. Os resultados são comparados e analisados de modo a validar a simulação, que passa assim a servir para a investigação de outras situações de interesse no âmbito da fusão-solidificação.
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Análise da transferência de calor durante a solidificação de aços em moldes no lingotamento contínuo

Barcellos, Vinicius Karlinski de January 2007 (has links)
Na produção de aço pelo processo de lingotamento contínuo, as condições de resfriamento ao qual o lingote está submetido quando em contato com a superfície do molde, influenciam na qualidade do aço lingotado e na produtividade. A determinação e análise dos coeficientes de transferência de calor são necessárias para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem na interface metal/molde. Esse trabalho teve como objetivo a utilização de um modelo matemático de solidificação para lingotamento contínuo de aços e do levantamento das condições de transferência de calor entre metal lingotado/molde para uma planta industrial. Medidas de temperatura nas paredes de moldes da máquina de lingotamento contínuo foram obtidas durante a operação de lingotamento, por meio de termopares estrategicamente posicionados ao longo do comprimento do molde e nas faces do mesmo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 x 240 mm, 180 x 180 mm e 150 x 150 mm. Desenvolveu-se um algoritmo (aplicativo) consistindo de um modelo matemático em MDF e do modelo de condução de calor inverso, baseado no método de confronto de perfis térmicos experimentais/simulados, usado para determinação dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde. Com as seqüências de corridas monitoradas com o molde instrumentado, e o levantamento dos dados de processo, foi possível obter resultados para correlacionar os principais parâmetros de processo com o comportamento dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (hi). Dessa forma, equações foram obtidas para determinar os coeficientes de transferência de calor para diferentes moldes e variáveis do processo, tais como: velocidade de lingotamento, composição química do aço, conicidade e seção do molde. O trabalho permitiu a realização de aferições finais no programa de simulação do processo de lingotamento contínuo de aços, chamado InALC, o qual vem sendo desenvolvido, com dados experimentais obtidos em uma máquina de lingotamento contínuo de uma planta industrial. / In the steel production by continuous casting process, the ingot cooling conditions to which the ingot is submitted when in contact with the mould surface, have influence in the quality steel and productivity. The determination and analysis of the heat transfer coefficients are necessary for a better understanding of the phenomena that occur in the metal/mold interface. That work has as objective the development of a mathematical model of solidification in the continuous casting of steels through the transfer heat conditions between metal and mould during casting in an industrial plant obtained from the development and application of an experimental methodology. Experimental measurements of temperatures in the mould walls of the continuous casting machine were performed during the casting operation by the use of thermocouples strategically positioned along of the moulds length and in the differente faces in contact with the ingots of squared section of 240 x 240 mm, 180 x 180 mm and 150 x 150 mm. An inverse heat conduction model has been used for determination of heat transfer coefficients at the metal / mold interface based on a method of confront of experimental/simulated thermal profiles. With the sequences of heat monitored with the instrumented mold, and the capture of the process data, it was possible to obtain results that correlate the main parameters of the process with the behavior of heat transfer coefficients (hi) at the interface metal / mold. Thus, equations were obtained permitting the determination of heat transfer coefficients for different moulds and process variables, such as: casting speed, chemical composition of the steel, mould taper and mould section. The work allowed the execution of final checking in the simulation program of continuous casting process of steels, InALC, which has been developed, with experimental data obtained in a continuous casting machine of an industrial plant.
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Estudo comparativo entre microestrutura e parâmetros de solidificação em aços produzidos por ligotamento contínuo

Trevisan, Lisiane January 2008 (has links)
Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver um estudo comparativo entre os parâmetros de solidificação (gradiente térmico, velocidade de deslocamento das isotermas e taxa de resfriamento) calculados com base em curvas de resfriamento monitoradas em lingotes produzidos por lingotamento contínuo. Utilizando medidas experimentais de temperaturas realizadas tanto no molde quanto na superfície do lingote, e com o auxílio de rotinas numéricas utilizadas na forma do software InaLC+, foi possível calcular tais parâmetros de solidificação. Os lingotes foram submetidos a ensaios de metalografia com o objetivo de revelar tanto a macroestrutura quanto a microestrutura e ensaio de microdureza. Para isso, foram utilizados tanto a microscopia óptica quanto a eletrônica com auxílio do sistema de microanálise química(Energy Dispersive X-Ray) quando necessário. O trabalho permitiu verificar semelhanças entre a microestrutura formada e a prevista pelo diagramas de resfriamento contínuo (CCT) para aços produzidos pelo processo de lingotamento contínuo em uma planta industrial. / The main objective of this paper is to develop a comparative study between the solidification parameters (thermal gradients, growth velocities and cooling rates) that were calculated concerning the cooling curves in ingots produced by continuous casting process. Using experimental measures of temperature (that were developed both in the mold and in ingot surface) and mathematic calculation shown by computer software, InaLC+, it was possible to calculate those solidification parameters. The ingots were submitted to metallography as well as microhardness in order to show their macro and microstructure. To do such task, optical microscopy and SEM (Scanning Electron Microscopy) were used with the help of Energy Dispersive X-Ray (EDX) system, when it was necessary. Through this paper, it was possible to compare the similarity between microstructure and continuous casting diagrams (CCT) in steel produced by continuous casting process in an industrial plant.
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Caracterização térmica e mecânica de ligas hipoeutéticas de alumínio-níquel (Al-Ni) / Thermal and mechanical characterization of hypoeutectic aluminum-nickel alloy (al-ni)

Gomes, Rodrigo Cavalcanti Fabrino January 2013 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade Gama, Faculdade de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Integridade de Materiais da Engenharia, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2014-03-21T11:15:37Z No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-03-24T12:21:59Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Made available in DSpace on 2014-03-24T12:21:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RodrigoCavalcantiFabrinoGomes.pdf: 4471157 bytes, checksum: 4b527694b140495c7bd228562536ba3b (MD5) / Resumo: Estudos estão sendo desenvolvidos para o melhor entendimento da influência das variáveis térmicas e por consequência, espaçamentos dendríticos nas propriedades dos materiais metálicos utilizados na indústria. Neste trabalho foi fabricado um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente, constituído por uma lingoteira de aço inoxidável com medidas de 100mm x 70mm com altura de 70mm e espessura de 6mm. Foi posicionada na sua parte inferior uma câmara de refrigeração forçada à água em temperatura ambiente do mesmo material da chapa/molde com espessura de 3mm. Após a fabricação das ligas in loco e a obtenção das curvas experimentais térmicas, foram determinadas as suas variáveis térmicas de solidificação: velocidade do deslocamento da isoterma liquidus ao longo do lingote e a taxa de resfriamento da solidificação unidirecional ascendente para ligas hipoeutéticas do sistema Al-Ni (Al2%Ni, Al3%Ni e Al4%Ni). Tais variáveis foram confrontadas com as microestruturas resultantes do processo e seus parâmetros estruturais: espaçamento dendrítico primário, secundário e terciário. Através destes confrontos, foram geradas leis experimentais nas quais explanam as tendências de comportamento das ligas analisadas quando submetidas ao processo de solidificação unidirecional. Obtidas as análises microestruturais, foram realizados ensaios mecânicos destrutivos e não destrutivos com finalidade obtenção das propriedades mecânicas para posterior confronto com os parâmetros microestruturais. Os resultados comparativos mostram que ao elevar o teor de soluto, neste caso níquel, no interior das ligas analisadas ocasionou a elevação das propriedades mecânicas. Tais melhorias são explicadas pela presença de microestruturas mais grosseiras quando os teores de soluto são mais elevados. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Abstract: Studies are being developed to better understand the influence of thermal variables and consequently dendritic spacing on the properties of metallic materials used in industry. In this work, a device was fabricated unidirectional solidification upward vertical, consisting of a stainless steel ingot measures 100mm x 70mm with a height of 70mm and 6mm thick. Was positioned at the bottom a chamber of forced cooling to room temperature water from the same plate material / mold with a thickness of 3mm. After fabrication of the alloys in place and obtaining the experimental thermal curves were determined their solidification thermal variables: speed of displacement of liquidus isotherm along the casting and cooling rate of unidirectional solidification upward hipoeutéticas alloy system Al-Ni (Al2%Ni, Al3Ni% and Al4%Ni). These variables were compared with the microstructures resulting from the process and their structural parameters: spacing dendritic primary, secondary and tertiary. Through these meetings, we generated experimental laws in which explanam trends of behavior of the alloys analyzed when subjected to unidirectional solidification process. Obtained the microstructural analysis, mechanical tests were conducted destructive and non-destructive with purpose of obtaining mechanical properties for later comparison with the microstructural parameters. The comparative results show that by increasing the concentration of solute in this case nickel within the alloys examined caused the increase in mechanical properties. Such improvements are explained by the presence of coarse microstructure when the solute concentration is higher.
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Análise da transferência de calor durante a solidificação de aços em moldes no lingotamento contínuo

Barcellos, Vinicius Karlinski de January 2007 (has links)
Na produção de aço pelo processo de lingotamento contínuo, as condições de resfriamento ao qual o lingote está submetido quando em contato com a superfície do molde, influenciam na qualidade do aço lingotado e na produtividade. A determinação e análise dos coeficientes de transferência de calor são necessárias para uma melhor compreensão dos fenômenos que ocorrem na interface metal/molde. Esse trabalho teve como objetivo a utilização de um modelo matemático de solidificação para lingotamento contínuo de aços e do levantamento das condições de transferência de calor entre metal lingotado/molde para uma planta industrial. Medidas de temperatura nas paredes de moldes da máquina de lingotamento contínuo foram obtidas durante a operação de lingotamento, por meio de termopares estrategicamente posicionados ao longo do comprimento do molde e nas faces do mesmo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 x 240 mm, 180 x 180 mm e 150 x 150 mm. Desenvolveu-se um algoritmo (aplicativo) consistindo de um modelo matemático em MDF e do modelo de condução de calor inverso, baseado no método de confronto de perfis térmicos experimentais/simulados, usado para determinação dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde. Com as seqüências de corridas monitoradas com o molde instrumentado, e o levantamento dos dados de processo, foi possível obter resultados para correlacionar os principais parâmetros de processo com o comportamento dos coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (hi). Dessa forma, equações foram obtidas para determinar os coeficientes de transferência de calor para diferentes moldes e variáveis do processo, tais como: velocidade de lingotamento, composição química do aço, conicidade e seção do molde. O trabalho permitiu a realização de aferições finais no programa de simulação do processo de lingotamento contínuo de aços, chamado InALC, o qual vem sendo desenvolvido, com dados experimentais obtidos em uma máquina de lingotamento contínuo de uma planta industrial. / In the steel production by continuous casting process, the ingot cooling conditions to which the ingot is submitted when in contact with the mould surface, have influence in the quality steel and productivity. The determination and analysis of the heat transfer coefficients are necessary for a better understanding of the phenomena that occur in the metal/mold interface. That work has as objective the development of a mathematical model of solidification in the continuous casting of steels through the transfer heat conditions between metal and mould during casting in an industrial plant obtained from the development and application of an experimental methodology. Experimental measurements of temperatures in the mould walls of the continuous casting machine were performed during the casting operation by the use of thermocouples strategically positioned along of the moulds length and in the differente faces in contact with the ingots of squared section of 240 x 240 mm, 180 x 180 mm and 150 x 150 mm. An inverse heat conduction model has been used for determination of heat transfer coefficients at the metal / mold interface based on a method of confront of experimental/simulated thermal profiles. With the sequences of heat monitored with the instrumented mold, and the capture of the process data, it was possible to obtain results that correlate the main parameters of the process with the behavior of heat transfer coefficients (hi) at the interface metal / mold. Thus, equations were obtained permitting the determination of heat transfer coefficients for different moulds and process variables, such as: casting speed, chemical composition of the steel, mould taper and mould section. The work allowed the execution of final checking in the simulation program of continuous casting process of steels, InALC, which has been developed, with experimental data obtained in a continuous casting machine of an industrial plant.
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Obtenção, crescimento direcional e caracterização das estruturas euteticas Al3Nb-Nb2Al e Al3Nb-Nb2AL-AlNbNi

Triveño Rios, Carlos 29 November 2000 (has links)
Orientador: Rubens Caram Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-27T03:26:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TrivenoRios_Carlos_D.pdf: 19885791 bytes, checksum: cc679e2fd9995660acfe596dd746b7ff (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: A fabricação de componentes estruturais para aplicações em altas temperaturas e em meios agressivos envolve o emprego de materiais que mantenham suas características químicas, mecânicas e físicas em níveis aceitáveis, mesmo em temperaturas acima de 1.000 °c. Uma possível alternativa para suprir tal demanda é o emprego de ligas eutéticas solidificadas direcionalmente. Tal processo pennite obter materiais compósitos do tipo in situ, com alta estabilidade em altas temperaturas. No presente trabalho, ligas dos sistemas Nb-AI e Nb-AI-X (X=Ti, Cu, Cr, Si e Ni) foram obtidas e processadas. Inicialmente, amostras desses sistemas foram analisadas em relação à microestrutura de solidificação no estado bruto de fusão, através de técnicas metalográficas convencionais com o objetivo de identificar composições associadas a estruturas eutéticas. Tal estudo resultou na identificação de uma nova liga eutética, de estrutura ternária do tipo Al)Nb-Nb2AI-AINbNi. Em seguida, tais ligas eutéticas foram solidificadas direcionalmente através da técnica Bridgman em fomo com aquecimento indutivo. As amostras resultantes tiveram suas microestruturas caracterizadas no tocante às condições de solidificação, ao comportamento mecânico através de ensaios de dureza, de tenacidade à fratura por impressão Vickers e de compressão a quente. Em uma etapa final, tais ligas foram avaliadas no tocante à resistência à oxidação e à estabilidade de suas microestruturas em alta temperatura. Os resultados obtidos possibilitaram a compreensão do modo de solidificação das ligas estudadas, bem como do comportamento mecânico e da estabilidade microestrutural 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 even in temperatures above 1000°C. A possible altemative to meet such requirements is the use of directionally solidified euteetie alloys. Such process allows the obtainment ofin situ composite materials, with elevated high temperature stability. In the present work, alloys in the Nb-AI and Nb-Al-X (X=Ti, Cu, Cr, Si and Ni) systems were obtained and processed. lnitially, samples were analyzed regarding the solidification microstructure in the aseast condition through conventional metallographie techniques, with the objective to identify compositions presenting euteetie structures. This study resulted in the identification of a new euteetie alloy, i.e. of a new AhNb-Nb2AI-AlNbNi temary structure. Further, the euteetie alloys were directionally solidified using Bridgman technique in furnare with inductive heating. The resultant microstructures were characterized in terms of solidification conditions. AIso, the mechanieal behavior was evaluated through hardness testing, fracture thoughness using Viekers indentation technique and hot compressing. 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 mode of solidifiecent atmospherie conditions / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica
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Algumas contribuições a analise matematica e a simulação computacional da solidificação de ligas binarias

Cabrales, Roberto Carlos 24 July 2007 (has links)
Orientadores: Marko Antonio Rojas Medar, Mario Duran Toro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T17:45:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cabrales_RobertoCarlos_D.pdf: 5170211 bytes, checksum: db848279a41dc57e3812aca09a5b3966 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O estudo dos processos de solidificação de metais e ligas é um dos problemas mais complexos da engenharia, tanto do ponto de vista teórico como tecnológico A complexa natureza dos fenômenos físicos envolvidos fazem impossível a obtenção de soluções de forma simples. Por isto, temos que usar sofisticados modelos matemáticos formados por sistemas de equações diferenciais em derivadas parciais de evolução e não lineares. No presente trabalho estamos preocupados dos aspectos computacionais da solidificação de ligas binárias: apresentamos um algoritmo numérico que está baseado no método dos volumes finitos em malhas colocalizadas e o método de Euler implícito para o avanço no tempo. Diversos problemas documentados na literatura são usados para verificar a implementação dos algoritmos. Também, apresentamos simulações numéricas que caracterizam e verificam numericamente a formação de canais de convecção / Abstract: The study of metals solidification processes and alloys is a very complex problem in engineering, from the theoretical point of view and from the technological point of view. By the complex nature of the physical phenomena involved it is impossible to find solutions of simple nature. So, we have to use sophisticated mathematical models consisting of non-linear time dependent partial differential equations. In this work we are concerned with the computational aspect of the solidification of binary alloys: we present a numerical algorithm based in the finite volume method in co-located grids and the implicit Euler method for time advancing. Several problems documented in the literature are used to verify the implementation of the algorithms. Second, we present numerical simulations characterizing and validating the freckles formation / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada
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Simulação de solidificação de lilgas metalicas utilizando metodo de elementos finitos

Andrade, Suzimara Rossilho de 09 October 1999 (has links)
Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T04:28:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_SuzimaraRossilhode_M.pdf: 4592563 bytes, checksum: 3ad0611ceb276e5b67766ed48da3b5b3 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho analisa-se a aplicação do Método de Elementos Finitos na simulação do processo de solidificação de peças metálicas. O software, de aplicação genérica, ANSY'S, é utilizado como ferramenta para resolução dos problemas. O ANSY'S é um programa que utiliza o Método de Elementos Finitos para a resolução de problemas mecânicos, e esse trabalho explora a sua aplicação na área térmica, mais especificamente, nos processos de transformação de fase. Simulações do processo de solidificação, de diferentes ligas, são desenvolvidas, variando-se as formas e materiais dos moldes, e, considerando-se diferentes condições de extração de calor. As curvas de resfriamento obtidas numericamente, para o metal e o molde, durante a solidificação, são comparadas com resultados experimentais. As ligas cujos processos de solidificação são analisados são AI4,5%Cu e Zn2%Al. Um molde cilíndrico metálico com fluxo de calor radial, uma placa de cobre refrigerada a água para extração de calor unidirecional e um molde triangular de areia são utilizados nos trabalhos experimentais. Após a análise dos resultados são também apresentadas outras simulações com algumas variações em relação às já citadas com o objetivo de melhor demonstrar as possibilidades de aplicação do programa ANSY'S, salientando sua capacidade de pré e pós-processamento / Abstract: The application of the Finite Element Method, in the solidification modeling, have been studied in this work. The software, of generic application, ANSY'S, is used in this work to solve solidification problems. ANSY'S is a program based on Finite Elements Method used, initially, to treat mechanical problems, and this work explores its application in the thermal area, more specifically, in processes involving phase transfonnation. Numerical modeling of the solidification processes, of different aIloys, in molds with different geometry and materiaIs and different heat extraction conditions have been developed. The theoretical thermal curves obtained for the alloys and the molds, during the solidification, have been compared with experimental results. The solidification of A14,5%Cu and Zn2%Al have been analyzed. A metallic cylindrical mold with radial heat flow, a water cooled copper plate with unidirecional heat flow and a triangular sand mold have been used in the experimental works. Some other simulations have been carried out in order to show the possibilities of application ofthe ANSY'S program, pointing out its preprocessing and postprocessing capabilities / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica
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Desenvolvimento de um modelo computacional para a analise de fenomenos simultaneos de solidificação e de deformação plastica de ligas metalicas

Rizzo, Ernandes Marcos da Silveira 25 July 2018 (has links)
Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-07-25T14:41:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rizzo_ErnandesMarcosdaSilveira_D.pdf: 32173805 bytes, checksum: 05f750567db699c6df85038314e1158f (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Em determinados processos, como por exemplo no lingotamento contínuo de placas fmas de aço, lingotamento de tiras fmas (duplo-rolo) e forjamento semi-sólido, faz-se uso da aplicação da deformação plástica da peça com o núcleo da mesma parcialmente no estado líquido. Este processo geralmente acarreta variações na composição química e na microestrutura ao longo do produto a ser obtido. Neste trabalho, propõe-se dois modelos matemáticos que permitem analisar a movimentação das fases sólida e líquida antes, durante e após a aplicação da deformação plástica. Os modelos também possibilitam a determinação da variação da temperatura, da evolução da fração de sólido e da variação da composição no líquido e no sólido durante o processo de solidificação/deformação. São implementados dois tipos de modelos: i) Um modelo simplificado, considerando apenas a condução. Este modelo foi desenvolvido considerando a aplicação do método do contínuo; ii) Um modelo bidimensional que considera simultaneamente os fenômenos de convecção e de difusão. Neste modelo, é dado ênfase na incorporação de fenômenos ocorrendo em escala microscópica no modelo macroscópico de transporte de determinadas variáveis no sistema. As equações macroscópicas de conservação são introduzidas através do método de volumes ponderados. Os resultados numéricos são comparados com resultados experimentais obtidos pelo autor utilizando-se um dispositivo especialmente construído que permite a realização da solidificação controlada de um composto orgânico (SCN e acetona) de comportamento de solidificação similar às ligas metálicas. A comparação dos resultados numéricos com os resultados experimentais permitiu validar o modelo desenvolvido. A seguir o programa computacional desenvolvido é aplicado no estudo da solidificação/deformação plástica de um aço multicomponente / Abstract: The deformation of the partially solidified strand during near net shape continuous casting of thin slabs is only one example of a technologically important process where a mushy zone is mechanically altered in order to achieve improved grain structures and homogeneity. However, the phenomena occurring during plastic deformation of a solidifying mush are poorly understood, have not been observed directly, and have not been modeled in detail. An experimental setup has been designed for performing controlled solidification experiments. The test material chosen is the transparent SCN-acetone alloy, which not only closely approximates the solidification behavior of metallic alloys, but also has similar mechanical properties as metais near the melting point. During the experiments, we have visualized and/or measured the convection pattems of the liquid, the local displacement and deformation rate of the mushy zone solid, temperature pro files using a set of thermocouples, and liquid compositions by withdrawing small samples. Results are presented for a range of experimental conditions. A mathematical model is presented that predicts the temperature and solid fraction profiles, liquid concentration evolution, and solid phase displacement during the deformation of a solidifying mush. Two mathematical models are developed. One uses continuum method and solves only the energy conservation equation for a one-dimensional situation. The second mathematical model takes in account conduction and convection and applies the volume averaging method, the enthalpy technique, and a coordinate transformation to avoid a changing mesh in a numerical solution. This model is derived considering a twodimensional case. The numerical results are found to closely match the experimental measurements. The two-dimensional model developed is applied to study the process of solidification/plastic deformation of multicomponent steel / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica
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Simulação do processo de solidificação na etapa de resfriamento primario do lingotamento continuo de metais

Adorno, Marcos Eduardo Tallarico 14 July 2018 (has links)
Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T01:32:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Adorno_MarcosEduardoTallarico_M.pdf: 2484851 bytes, checksum: 3560997cc4b2552e40060a833959afee (MD5) Previous issue date: 1982 / Resumo: O presente trabalho objetiva a determinação de parâmetros térmicas, cinéticos e de estrutura, na solidificação de metais não-ferrosos em dispositivos experimentais de fundição estática refrigerados a água, simulando certas condições de transferência de calor e de solidificação da primeira etapa de resfriamento do lingotamento continuo. É abordada inicialmente a evolução histórica deste processo juntamente com sua importância comercial, precedendo uma caracterização dos principais sistemas de lingotamento contínuo utilizados na indústria. Em seguida, é feita uma análise da transferência de calor verificada no primeiro estágio de refrigeração do processo, onde o conhecimento da cinética de solidificação e da distribuição de temperaturas no molde é fundamental para um bom desempenho operacional do sistema e para a qualidade do lingote obtido. São descritos três diferentes dispositivos simuladores que reproduzem satisfatóriamente certas condições de solidificação no interior de moldes refrigerados, particularmente no lingotamento contínuo. O primeiro destes é apresentado resumidamente através de suas características e possibilidades de investigação da qualidade superficial do lingote produzido continuamente, enquanto que os outros são enfocados mais detalhadamente. O estudo simulado desenvolvido com estes dois últimos dispositivos abrange, respectivamente, estimativas para os seguintes itens: Cinética de solidificação molde, distribuição de temperaturas no sistema metal-molde e variação do espaçamento interdendritico secundário durante esta etapa, para o caso do lingotamento de ligas de pequeno intervalo de solidificação e sob um regime unidirecional de extração de calor do molde. Inclinação da macroestrutura colunar e variação do coeficiente de transmissão de calor do sistema metal fluido de refrigeração, para o caso do lingotamento de metais puros, com uma componente de fluxo de calor na direção de extração do lingote. Finalmente, os resultados obtidos por diversas técnicas experimentais são correlacionados e comparados com previsões teóricas para esses itens, calculadas através de modêlos matemáticos especificos e de associações destes com equaçôes empíricas, em função de variáveis do processo de lingotamento contínuo. Uma concordância satisfatória é verificada entre os correspondentes valores, permitindo considerar a simulação efetuada neste trabalho como uma maneira indireta e relativamente simples de avaliação de parâmetros críticos no contrôle deste processo. / Abstract: This thesis reports the results of an experimental simulation of the first stage of cooling in the continuous casting of metals. Experiments performed in water-cooled static casting assemblies, with non-ferrous metals,were used to evaluate the thermal, kinetic and structural parameters of this initial step of solidification in the process. The experimental data obtained with two different assemblies, in each case, are compared with the theoretical predictions for the following topics: Kinetics of solidification in the mould, temperature distribuition in the metal-mould system and variation of the secondary dendrite arm spacing. Ingot columnar structure inclination and variation of the overall heath transfer coefficient of the metal-coqling fluid system. These predictions are given by mathematical models and by associations of these models with experimental equacions,in terms of through variables of the continuous casting process. A satisfactory agreement between the correspondent values is found to exist, allowing to consider this simulation as an indirect and relatively simple way to evaluate critical parameters on the control of this process. / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

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