Orientador: Gabriela del Valle Planas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-22T17:29:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pereira_AndreFerreirae_M.pdf: 967651 bytes, checksum: 4e743209ab695b1d8abf765f74afdd41 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Nesta dissertação investigamos um problema de evolução do tipo campo de fase que descreve o processo de solidificação isotérmica de uma liga binária. O modelo consiste de um sistema altamente não linear de equações diferenciais parciais para o campo de fase, que é a variável que identifica as fases, e para a concentração de um dos materiais. O sistema é complementado com condições de fronteira do tipo Neumann e condições iniciais. Estudaremos duas situações: no primeiro caso o coeficiente de difusão da equação da concentração é maior ou igual a uma constante positiva e desta forma a equação é parabólica. No segundo caso, o coeficiente de difusão pode se anular, perdendo o caráter parabólico. Resultados de existência, regularidade, estabilidade e unicidade para a solução são estabelecidos para o primeiro modelo. Já no segundo caso, por ser um problema degenerado, espera-se obter menos regularidade para a solução. De fato, é obtido apenas um resultado de existência de solução fraca. Em ambos os casos é estabelecido um princípio do máximo para as soluções, o qual justifica as condições impostas sobre as não linearidades / Abstract: In this dissertation we investigate an evolution problem of phase-field type describing an isothermal solidification process for a binary alloy. The model is a highly non-linear system of partial differential equations for the phase-field parameter (which identifies the phase) and the relative concentration. Neumann boundary conditions and initial conditions are added to complete the model. We study two cases: in the first case, the diffusion coefficient in the concentration equation is bounded from below by a positive constant, and then this equation is parabolic. In the second case, the diffusion coefficient can be zero; so when it vanishes the equation loses its parabolic character. Some results on existence, regularity and stability for the solution are established for the first model. In the second case, as the problem became degenerate, it is expected to obtain less regularity for the solution. Indeed, we only obtain existence of a weak solution. In both cases, a maximum principle for the solution is established, which justifies the conditions imposed to the nonlinear terms / Mestrado / Matematica / Mestre em Matemática

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:50:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Meza_ElisangeladosSantos_D.pdf: 7739913 bytes, checksum: 108f0e9d65aebb5c6a368f2a3379c054 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Em um estudo completo da solidificação, a transferência de calor e a transferência de massa são duas componentes que devem ser analisadas. Este trabalho inicia-se com o levantamento de fatores que podem influenciar a modelagem matemática da transferência de calor em sistemas de solidificação unidirecional. Dados experimentais, obtidos através da solidificação unidirecional vertical de ligas binárias hipoeutéticas dos sistemas Al-Cu, Al-Fe, Al-Ni e Al-Si, foram utilizados para analisar os fatores de influência: coeficiente de redistribuição de soluto (k'), intervalo de solidificação, coeficiente global de transferência de calor (hg), temperatura inicial do líquido (Tv) e leis de liberação de calor latente. Primeiramente, a análise de k' envolveu duas abordagens: a tradicional encontrada na literatura em que se assume um valor constante para todas as ligas dentro da faixa hipoeutética de composições; e uma outra em que se usa um software de termodinâmica computacional (Thermo-Calc) para se obter o valor de k' para cada liga. Cada abordagem foi utilizada para se calcular as propriedades termofísicas (calor específico, densidade e condutividade térmica) decorrentes de funções dependentes de k'. Ainda dentro das propriedades termofísicas, o calor latente foi analisado utilizando-se valores da literatura e valores obtidos pelo Thermo-Calc. Ligas com intervalos de solidificação estreitos foram analisadas em modelos matemáticos da literatura para verificação de consistência de resultados simulados. O hg é um parâmetro de entrada nos modelos de simulação que pode ter um perfil constante ou variável com relação ao tempo. De forma semelhante, a temperatura inicial do líquido ao longo do comprimento do lingote também foi analisada com perfil constante e variável. Leis de liberação de calor latente propostas na literatura como a de Scheil e de Clyne-Kurz tiveram seus reflexos térmicos comparados. Adicionalmente, amostras de ligas de diferentes composições dos sistemas Al-Cu e Al-Fe foram utilizadas para o levantamento de perfis de microssegregação e as previsões teóricas de distribuição de solutos obtidas por equações de Scheil e Clyne-Kurz foram avaliadas. Como as duas formulações tiveram suas previsões aquém dos dados experimentais, foi proposta uma nova equação experimental neste trabalho que incorpora a influência da cinética de solidificação nos perfis de microssegregação. A última etapa do trabalho consistiu em analisar os limites de validade de dois modelos matemáticos da literatura, um com abordagem analítica e outro com abordagem numérica. Para se combinar as qualidades de cada modelo, foi desenvolvida no presente trabalho uma versão mista (híbrida), e seu desempenho avaliado frente às soluções analítica e numérica e resultados experimentais / Abstract: A deeper understanding of solidification phenomena requires both heat and mass transfer phenomena analyses. The first step of this work was to determine the factors affecting the heat transfer modeling during one dimensional solidification. Experimental data from Al-Cu, Al-Fe, Al-Ni and Al-Si binary hypoeutectic alloys, upwardly solidified, have been used to investigate the following influence factors: partition coefficient (k'), solidification range, global heat transfer coefficient (hg), initial melt temperature profile and forms of latent heat release. The first one, k', involved two approaches: the standard form reported by published works in which k' is assumed invariable within the hypoeutectic range of alloys compositions; and another form which used computational thermodynamics software (Thermo-Calc) to determine k' for any specific alloy composition. Each approach was applied to ascertain thermophysical properties (specific heat, density and thermal conductivity) as dependent functions in k'. In addition, latent heat values obtained both from the literature and determined by the Thermo-Calc software were analyzed. Solidification simulations of alloys with narrow solidification ranges were performed by mathematical models from the literature in order to verify the results consistency. hg is an input parameter of numerical models which can assume constant or variable profiles along time. Similarly, the melt temperature profile was also analyzed considering constant and variable profiles along the ingot length. Thermal responses influenced by different latent heat release formulas reported in the literature, such as the Scheil and Clyne-Kurz approaches, were put on comparison. In addition, several samples were taken from Al-Cu and Al-Fe alloys ingots, cast with different compositions, in order to determine experimental microsegregation profiles. Theoretical solute distribution predictions furnished by Scheil and Clyne-Kurz equations were compared with the experimental data. Since the predictions of both equations did not match the experimental microsegregation profiles, a new experimental equation has been proposed in this work taking into account the influence of solidification kinetics. The last part of this work consisted on analyzing the scope of applicability of analytical and numerical mathematical models from the literature. In order to combine the qualities of each model, a hybrid version has been developed and its performance was evaluated by comparing its predictions with those provided by the analytical and numerical solutions, and with experimental results / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores: Amauri Garcia, Noé Cheung / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-21T11:48:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Bertelli_Felipe_D.pdf: 7886955 bytes, checksum: ce61348706ebe5c96dd30bd1e1b4c434 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: A análise do comportamento térmico em um sistema metal/molde cilíndrico durante a solidificação é de interesse tanto teórico quanto industrial. A determinação precisa da velocidade a que o metal se solidifica e a distribuição do campo de temperaturas dentro do metal é de suma importância para a otimização e o controle de processos de fundição. Modelos numéricos são amplamente utilizados, tendo em vista a simulação do processo de solidificação em inúmeras áreas, incluindo o vazamento, a soldagem, o crescimento de cristais e o processamento a laser. A simulação numérica de peças cilíndricas fundidas só pode produzir informações corretas se as condições de térmicas de fronteira, tais como o coeficiente transitório de transferência de calor metal/molde (h), e outros parâmetros térmicos como velocidade de solidificação e taxa de resfriamento forem conhecidos com precisão. Apesar da importância do parâmetro h para a fundição de peças cilíndricas, as informações disponíveis na literatura são escassas. No presente trabalho foram desenvolvidos um modelo numérico para análise da solidificação radial em geometrias cilíndricas e um extenso estudo experimental abrangendo a solidificação de ligas binárias em sistemas de extração de calor radial, nas posições horizontal e vertical, no formato de cilindros maciços solidificados de fora para dentro e cilindros ocos solidificados de dentro para fora. Ligas com propriedades térmicas e com intervalos de solidificação bastante distintos foram escolhidas para o estudo experimental. O modelo numérico desenvolvido foi aferido frente a resultados experimentais da cinética de solidificação de ligas binárias dos dois diferentes sistemas metálicos adotados (Al-Fe e Pb-Sb) e também confrontado com as previsões de um modelo analítico. Para determinação do coeficiente transitório (h), utilizou-se o método inverso de análise de condução de calor. Como resultado, os perfis transitórios em função do tempo, h (t), foram obtidos por uma expressão da forma h = a.t± m, em que (-) refere-se à solidificação de fora para dentro e (+) refere-se a solidificação de dentro para fora com um molde interno. A análise das resistências térmicas mostrou que em alguns sistemas de solidificação, a resistência térmica à transferência de calor imposta pela camada de sólido formada durante o processo de solidificação é determinante a partir de um determinado instante da solidificação. Os altos valores de taxas de resfriamento e velocidades de deslocamento da frente de solidificação, impostos pelo sistema de extração de calor radial geraram, para o caso das ligas do sistema Pb-Sb, microestruturas de solidificação dendríticas, mesmo com baixos teores de soluto na concentração nominal das ligas. Os resultados da evolução microestrutural mostraram que os espaçamentos dendríticos na solidificação radial de fora para dentro acompanham a tendência de reversão observada para a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus da superfície ao centro do cilindro / Abstract: The analysis of the thermal behavior in a cylindrical metal/mold system during solidification is of both theoretical and industrial interest. The determination of the rate at which a metal solidifies and of temperature distribution is significant for optimization and control of casting processes. Numerical models are widely used in order to simulate the solidification process in a number of fields including casting, welding, crystal growing and laser processing. The numerical simulation of cylindrical castings can only produce reliable information if the thermal boundary conditions, such as the metal/mold heat transfer coefficient (h), and thermal parameters, such as growth and cooling rates, are known accurately. Despite the importance of h for cylindrical shaped castings, information available in the literature is meager. In the present study, a numerical model for the analysis of radial solidification of cylindrical shaped castings has been developed followed by an extensive experimental study encompassing horizontal and vertical cylindrical shaped castings involving radial heat transfer and including combination of situations of hollow and massive cylindrical castings inwardly and outwardly solidified. Alloys having quite different thermal properties and freezing ranges have been selected for the experimental study. The numerical model has been validated against experimental results of the kinetics of solidification of binary alloys from the adopted metallic systems (Al-Fe and Pb-Sb), as well as by comparison with theoretical predictions provided by an analytical model. An inverse heat conduction method has been used to derive time-varying heat transfer coefficients. It is shown that the h (t) profiles are given by an expression of the form h =a.t±m , where (-) refers to the inward solidification and (+) to the outward solidification against an inner mold. The analysis of the thermal resistance revealed that in some solidification systems, the resistance to heat transfer imposed by the solid layer formed during the solidification process prevailed from a certain moment of solidification. The high values of cooling rates and solidification rates imposed by heat extraction in radial cylindrical geometries induced, for Pb-Sb alloys, a dendritic solidification pattern even for low alloying contents. The evolution of dendritic spacings during the inward solidification followed a reversion, which is similar to that shown to occur for the rate of displacement of the liquidus isotherm from the casting surface to the center of the cylinder / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia de Materiais

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-20T18:19:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Brito_CrystopherCardosode_M.pdf: 5987853 bytes, checksum: 8c9764c70d9a01b404ffd574cf718684 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O desenvolvimento de microestruturas durante a solidificação de ligas peritéticas tem muito interesse nos últimos anos, em função da versatilidade, em termos de aplicação, de muitas ligas de sistemas peritéticos. Na solidificação de ligas peritéticas binárias em equilíbrio, o líquido durante o resfriamento ao atingir a temperatura peritética reage com uma fase sólida primária, para formar uma segunda fase sólida. Isto só é possível em condições de completo equilíbrio. A literatura mostra que está sendo dada bastante atenção a estudos experimentais de solidificação unidirecional de ligas peritéticas, entretanto essas investigações estão sendo conduzidas em condições permanentes de solidificação, onde tanto o gradiente térmico, quanto a velocidade de crescimento podem ser controlados independentemente e mantidos constantes com o tempo. A solidificação direcional de ligas peritéticas em condições transitórias de fluxo de calor, próximas das impostas nos processos industriais, não tem sido objeto de estudos experimentais detalhados. Ligas Zn-Cu com composições ricas em zinco, como a Zn-1%Cu (monofásica) e a Zn-2,2%Cu (hipoperitética), foram direcionalmente solidificadas em regime transitório de fluxo de calor. As curvas experimentais de resfriamento permitiram a determinação dos parâmetros térmicos...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The development of microstructures during peritectic solidification has attracted more attention in recent years because of the wide application of many peritectic alloys. For equilibrium peritectic solidification of binary alloys, the liquid on cooling reacts at the peritectic temperature with the upper solid phase to form a lower solid phase. This is only possible under conditions of complete equilibrium. Although considerable attention has been paid to unidirectional solidification of peritectic alloys, most of these investigations are carried out under steady-state solidification, where both the growth rate and the thermal gradient can be independently controlled and held constant in time. The directional solidification of peritectic alloys in unsteady-state heat flow conditions, which is the class of heat flow encompassing the majority of industrial solidification processes, has not been the subject of detailed experimental studies. In the present study, Zn-1.0wt.%Cu (monophasic) and Zn-2.2wt.%Cu (hypoperitectic) alloys were directionally solidified under unsteady-state heat flow conditions. The experimental cooling curves allowed solidification thermal parameters...Note: The complete abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

O processo de reaproveitamento dos Resíduos de Construção e Demolição (RCD) na cidade de Londrina, Estado do Paraná, foi pesquisado. O objeto da investigação foi analisar a política sobre a reciclagem dos resíduos da construção na cidade. Constatou-se que o município tem observado as legislações atuais e que tem organizado e disciplinado a atuação dos grandes e pequenos gerdores. Também foram analisados os procedimentos adotados por uma empresa ambientalmente licenciada, identificando seu processo de produção do material reciclado e caracterizando o produto a ser reutilizado. O material reciclado é o resultado da rebritagem do resíduo da construção, que se transforma em pedras e areia resultantes da trituração de concreto puro ou da trituração conjunta de concreto, argamassa, pisos, revestimentos e tijolos cerâmicos. Foi analisado esse processo para verificar a existência de procedimentos de identificação de contaminação na empresa para a utilização dos resíduos na reciclagem e, principalmente, verificar a existência de contaminação no produto. Nos agregados produzidos foram identificados alumínio e cádmio em excesso e, para que possam ser utilizados livres destes contaminantes, foi proposta a técnica de estabilização por solidificação. No entanto, os resultados não foram os esperados, uma vez que observou-se aumento dos teores destes contaminantes após o encapsulamento usando a técnica à base de cimento Portland. Concluiu-se que, provavelmente, como já foi observado em pesquisas anteriores, a causa principal desse aumento é a contaminação do cimento, único material adicionado aos resíduos para a fabricação dos corpos de prova. Uma proposta de protocolo para a reutilização de resíduos de construção e demolição com resíduos industriais incorporados foi também apresentada, bem como recomendações para a produção e utilização de agregados reciclados. Como a contaminação do cimento parece ser recorrente, sugere-se que estudos sobre as possíveis causas da contaminação e desvios das normas técnicas sejam mais profundamente pesquisados. / The recycling process of construction and demolition residues (RCD) in the city of Londrina, Parana State, was searched. The object of the research was to analyze the policy on recycling of construction residues in the city. It was found that the city has noted the current legislation and has organized and disciplined the performance of large and small generators. Were also analyzed the procedures adopted by an environmentally licensed company, identifying its production process of recycled material and featuring the product to be reused. The recycled material is the result of rebritagem the residue of the construction, which turns into gravels and sand resulting from pure concrete grinding or joint grinding of concrete, mortar, floors, tiles and bricks. This process was analyzed to check for contamination identification procedures in the company for the use of residue recycling and especially check for contamination in the product. In produced clusters identified excess aluminum and cadmium, that can be used free of such contaminants, it has been proposed for stabilization/solidification technique. However, the results were not expected given that there was increase in levels of these contaminants after encapsulation technique using Portland cement-based. It was concluded that, probably, as has been observed in previous research, the main cause of this increase is contamination of the cement, only material added to the residue for the manufacture of test specimens. A proposed protocol for the reuse of construction and demolition residue with embedded industrial residue was also presented, as well as recommendations for the production and use of recycled aggregates. As cement contamination seems to be recurring, it is suggested that studies on the possible causes of contamination and technical norms deviations are more thoroughly researched.

Orientadores : Jose Luiz Boldrini, Sebastian Antonio Lorca Pizarro / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-02T15:23:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SotoSegura_HermePatricio_D.pdf: 2645392 bytes, checksum: 48464e982bd68fe176d67baa5eb00fcc (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho apresentamos resultados de existência de soluções de certos modelos matemáti-cos de problemas de solidificação de materiais puros. Estes modelos utilizam o chamado método da entalpia (isto é, a função entalpia é indicador de fases do processo) e levam em conta tanto a condução de calor no material quanto a possibilidade de processos convectivos nas regiões não sólidas. Eles são constituídos por um sistema de equações (inclusões) diferenciais parciais não lineares, uma das quais descreve o balanço da energia térmica em todo o material (envolvendo pois a condução de calor e a liberação ou absorção de calor latente em mudanças de fases) e está acoplada a equações que descrevem o fluxo do material e que são válidas apenas na regiões não sólidas e, portanto, a priori regiões desconhecidas. Estas últimas equações são do tipo de Navier-Stokes, modificadas adequadamente por um termo do tipo Boussinesq que leva em conta os efeitos termoconvectivos e um outro termo do tipo Carman-Koseny que controla o fluxo do material nas chamadas zonas mushy. Para obtermos soluções generalizadas de tais sistemas, tanto no caso de evolução quanto no caso estacionário, procedemos da seguinte forma: consideramos inicialmente uma sequência de problemas aproximados, fazendo uma regularização adequada do problema original; a idéia central é a de modificar de tal modo que nos problemas aproximados as equações do tipo de N avier-Stokes passam a ser válidas em toda a região do material. Analisamos cada um destes problemas aproximados aplicando argumentos de ponto fixo, e também um método semi-Galerkin no caso de evolução, e obtemos uma sequência de soluções aproximadas. A seguir, usando argumentos de compacidade, passando ao limite nas equações aproximadas, obtemos soluções generalizadas dos problemas originais / Abstract: In this work we present results of existence of solutions for some mathematical models of solidification problems of pure materiaIs. These models use the so called Method of enthalpy(that is, the enthalpy function is an index of the process phase) and these take into account both the heat conduction on the material and the possibility of convective process on the nonsolid regions. These models are formed by a system of nonlinear partial differential equations (or inclusions). One of them describes the balance of the termal energy on the whole material (involving the heat conduction and the expel or absorption of latent heat in phase changes) and it is coupled to equations which describe the fiux of material. These equations are only true in nonsolid regions, thus apriori unknown regions. This kind of equations are of N avierStokes type but precisely modified with a Boussinesq-type term, which carries the thermoconvective effects, and another term of type Carman-Koseny, which controls the material fiux on the so called mushy zones. To obtain generalized solutions for such systems, in the evolution case and the steady state case, we work in the following way: we initially consider a sequence of approximated problems doing an appropriate regularization of the original problem. The main idea is to modify the problem in such a way that the approximations to the N avier-Stokes-type equations will be true on the whole region of the material. We study each one of these approximated problems applying fixed-point arguments, and also a semi-Galerkin method for the evolution case. Thus, we obtain a sequence of approximated solutions. Next, by using compactness arguments, we can take limit to the approximated equations and we can obtain generalized solutions of the original problems / Doutorado / Doutor em Matemática

Orientador: Amauri Garcia / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-25T12:51:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cheung_Noe_M.pdf: 22381963 bytes, checksum: d9000f5bd70e73f6877b0c053157822a (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um modelo numérico baseado na técnica de diferenças finitas que permite o mapeamento térmico durante a solidificação ao longo do processo de lingotamento contínuo. Aferiu-se o respectivo modelo com resultados experimentais e de outros modelos constantes na literatura. Realizou-se a interação entre uma base de conhecimento e este modelo matemático de solidificação para a análise da qualidade no lingotamento contínuo de tarugos de aços. A base de conhecimento foi estruturada com informações que correlacionam problemas de qualidade com parâmetros do processo, a partir da literatura especializada e da interação com siderúrgica envolvida com a prática do lingotamento contínuo. A comunicação do modelo numérico com a base de conhecimento foi efetuada através de um programa computacional desenvolvido neste trabalho, permitindo uma interação autônoma na busca de soluções ótimas. O modelo foi aplicado na análise de situações de operações reais de um equipamento de lingotamento contínuo de uma siderúrgica e também foi utilizado para projetar um sistema otimizado de lingotamento contínuo de tarugos empregando tendências atuais de maior comprimento de molde e velocidades de produção mais elevadas / Abstract: In this work, a nunerical mode! based on the finite difference technique was developed permitting to determine the a thermal field evolution during solidification along the continuous casting process. The model predictions were compared to experimental results as well as to those furnished by other models found in literature. An interaction between a knowledge base and the mathematical model was carried out in order to analyse steel billet quality. As a result of literature search and interaction with knowledge provided by a continuous casting industry, the knowledge base was structured with information that correlate quality problems with process parameters. The numerical model communication with the knowledge base was established by employinga computer program in order to permit automatic solutions of optimized operating conditions to be attained. The model was applied to analyse real casting operation of a steel plant equipment as well as to designan optimized continuous billet casting system by employing recent trends of larger mould lenght and higher production speeds / 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 2018-08-04T03:07:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rosa_DanielMonteiro_M.pdf: 7995773 bytes, checksum: 8859b8e785820d46c1b77212d7acaa31 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Os espaçamentos dendríticos são parâmetros microestruturais importantes, resultantes do processo de solidificação. Eles afetam os perfis de microssegregação e governam a formação de segundas fases na região interdendrítica, influenciando, conseqüentemente, as propriedades mecânicas do material. Poucos estudos têm analisado os efeitos da convecção no líquido interdendrítico, bem como a influência da direção de crescimento em relação à gravidade nos espaçamentos dendríticos. Neste trabalho, foi utilizado um dispositivo de solidificação unidirecional vertical descendente, constituído por uma lingoteira de aço inox com diâmetro interno de 56mm, 150mm de comprimento e 10mm de espessura. Na parte superior, foi posicionada uma câmara de refrigeração a água do mesmo material do molde e com espessura útil de 3,0 mm. Após a obtenção dos lingotes e registrados os respectivos perfis térmicos experimentais, foram determinadas as variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidades de deslocamento da isoterma liquidus, gradientes térmicos, tempos locais de solidificação e taxas de resfriamento para a solidificação unidirecional descendente de ligas hipoeutéticas do sistema Al-Cu (Al3%Cu, Al5%Cu e Al8%Cu). Estas variáveis térmicas foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação e em seguida correlacionadas com os parâmetros microestruturais experimentais (espaçamentos dendríticos primários e secundários). Dessa forma, foram determinadas equações experimentais de crescimento para a solidificação descendente. As previsões teóricas de modelos de crescimento dendrítico representativos da literatura foram conftontadas com os resultados experimentais. Realizou-se também uma análise comparativa destes espaçamentos dendríticos com resultados obtidos para solidificação vertical ascendente de ligas de mesma composição / Abstract: The dendritic spacings are important microstructural parameters, involved in solidification processes. They can affect not only microsegregation profiles but also the formation of secondary phases within interdendritic regions, which influences mechanical properties of cast structures. A small number of studies have been carried out in order to analyze the effects of melt convection within the interdendritic region or to verify the influence of growth direction on dendritic arm spacings. In this work, an experimental set-up of downward solidification with a stainless steel mold, having an internal diameter of 56mm, height 150mm and wall thickness of 10mm, was used. The upper part of the split mold was closed with a water-cooling chamber made of stainless steel, with a wall thickness of 3 mm. Besides, a combined theoretical and experimental approach is developed to quantitatively determine solidification thermal variables such as: transient metallmold heat transfer coefficient, tip growth rate, thermal gradient, tip cooling rate and local solidification time during downward transient solidification of hypoeutectic AI-Cu alloys solidified downwards (Al-3wt%Cu, Al-5wt%Cu and Al-8wt%Cu). These solidification thermal variables are correlated with dendritic spacings (primary and secondary spacings), which have been measured along cross and longitudinal sections of ingots solidified under downward transient heat flow conditions. Predictive theoretical models for dendritic spacings have been compared with experimental observations. A comparison between upward and downward unsteady-state results for dendritic spacings has also been conducted. / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Amauri Garcia / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:17:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Peres_ManoelDiniz_D.pdf: 9910066 bytes, checksum: 05cb5fd7d671ae9a511052bdddd2835e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Foi desenvolvida no presente trabalho uma seqüência de experimentos para analisar a solidificação unidirecional vertical em condições transitórias de fluxo de calor de ligas AI-Si hipoeutéticas. Abordagens teóricas e experimentais são desenvolvidas para a determinação quantitativa de variáveis térmicas de solidificação tais como: coeficientes transitórios de transferência de calor metal/molde; velocidades de deslocamento das isotermas liquidus; taxas de resmamento à frente das isotermas liquidus e tempos locais de solidificação. A análise das macroestruturas obtidas mostra que a transição colunar/equiaxial (TCE) ocorre essencialmente à mesma posição a partir da superficie dos lingotes para todas as ligas examinadas experimentalmente. As variáveis térmicas de solidificação são muito similares na TCE, não sendo possível identificar um critério de transição macroestrutural baseado em apenas uma variável em particular. O trabalho analisa também a dependência dos espaçamentos interdendríticos em relação às variáveis térmicas de solidificação e ao teor de soluto da liga. Estes parâmetros dendríticos experimentais referentes à solidificação das ligas AI 3, 5, 7, 9 % Si, são comparados com os principais modelos teóricos de crescimento dendrítico da literatura / Abstract: Experiments were conducted to analyze the upward unsteady state directional solidification of AI-Si hypoeutectic alloys. A combined theoretical and experimental approach is developed to quantitatively determine solidification thermal variables such as: transient metal/mold heat transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, tip cooling rates and local solidification time. The observation of the macrostructures has shown that the columnar to equiaxed transition (CET) occurred essentially at the same position from the casting surface for any alloy experimentally examined. The solidification thennal variables are very similar at the CET and it is not possible to identify a structural transition criterion based on a particular variable. The work also focuses on the dependence of dendrite ann spacings on the solidification thermal variables and on alloy solute content. The experimental data concerning the solidification of AI 3, 5, 7 and 9 wt % Si alloys are compared with the main predictive dendritic models from the literature / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Rubens Caram Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-04T09:21:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Souza_SandraAndreiaStwartdeAraujo_M.pdf: 7408564 bytes, checksum: 853a1e61ccab633fac423f04c8a5659e (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O interesse por novos materiais estruturais para aplicação em temperaturas elevadas tem gerado um grande volume de publicações a respeito de ligas à base de metais refratários contendo composto intermetálicos. A baixa tenacidade à fratura dessas ligas leva à busca por combinações de fases que garantam alta resistência e ductilidade. Nesse caso, a melhor opção tem sido os materiais compósitos, principalmente os do tipo in situ, onde a formação das fases se processa dentro de um equilíbrio termodinâmico, como ocorre em uma transformação eutética. Em termos de aplicações em altas temperaturas, o sistema Nb-Cr-Al tem se mostrado como promissor por apresentar reações eutéticas que resultam na formação de compostos intermetálicos. O presentetrabalho trata da obtenção, processamento e caracterização de ligas do sistema Nb-Cr-Al. Amostras desse sistema foram produzidas em forno a arco voltaico. Suas microestruturas foram analisadas no estado bruto de fusão e após tratamentos térmicos. Foi realizada uma intensa investigação a respeito do eutético observado, através da solidificação direcional em fomo tipo Bridgman sob várias taxas de crescimento. Na caracterização das ligas foi empregada microscopia óptica e eletrônica de varredura, difração de raios-x e análise térmica diferencial. Os resultados indicam que a transformação eutética ocorre em temperatura próxima a 1.347,9°Ccom a formação das fases Ah(Nb,Cr) e Cr(Al,Nb). A fase dúctil do eutético, Cr(Al,Nb), durante o decréscimo da temperatura sofre transformação polimórfica (~892,3°C) para Al(Nb)Cr2, seguida de decomposição eutetóide Cr(Al,Nb) - Al(Nb)Cr2+Al8Cr5. Sua morfologia apresenta-se como regular complexa com composição eutética de 49,3Al-39,7Cr-ll,ONb (% at.). Pelo estudo das transformações de fases e microestruturas das amostras obtidas foi possível fazer um levantamento da superfície liquidus na região próxima ao ponto eutético / Abstract: The interest for new structural materiaIs for application in high temperature has created a large volume of publications concerning refractory metal-based alloys that contain intermetallic compounds. The low fracture toughness of those alloys leads to the search of combination of phases that guarantees high strength and ductility. In such a case, the best choice has been the use of composite materiaIs, mainly the in-situ composites, where the formation of the solid phases processes under thermodynamic equilibrium, as in the eutectic transformations. In terms of high temperature applications, the Nb-Cr-AI system is very promising, as it presents several eutectic reactions, that result in the formation of intermetallic compounds. This work deals with obtaining, processing and characterization of alloys in the Nb-Cr-AI system. Samples in such a system were obtained in an arc furnace. Their microstructures were analysed in as-cast condition and after heat-treatments. An investigation conceming eutectic microstructure was carried out through the application of directional solidification using Bridgman equipment at several growth rates. Characterization of samples was performed by employing optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction and thermal analysis techniques. The results obtained indicated the eutectic transformation temperature is near to 1,347.9°C with formation of Ab(Nb,Cr) and Cr(AI,Nb) phases. The ductile phase of eutectic, Cr(AI,Nb) phase, during the decrease of temperature undergoes a polymorphic transformation (-892.3°C) forming the AI(Nb)Cr2 compound, followed by an eutectoid decomposition Cr(AI,Nb)~ AI(Nb)Cr2+AIgCrs.The eutectic microstructure presents is of regular complex type and the eutectic composition is near 49.3%AI- 39.7%Cr-l1.0%Nb (at.%). Through studying the phase transformations and microstructures of the samples obtained, it was possible to establish the liquidus surface in the region around the eutectic point / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica