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Efeito da nucleação de grãos nas previsões do modelo multifásico para a solidificação equiaxial. / Effects of grain nucleation on the predictions of the multiphase model for equiaxed solidification.Lameiras Júnior, Francisco 24 March 2006 (has links)
Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito de taxa de resfriamento e da concentração de soluto no tamanho médio final de grãos foi proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilita que novos núcleos possam surgir durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três \"pseudofases\": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. O efeito de algumas variáveis de processamento sobre o tamanho médio final de grão foi analisado. Os resultados do modelo proposto foram comparados com resultados de alguns modelos disponíveis na literatura. / A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate and the average solute concentration on the final average grain size. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. The effect of some processing variables on the final average grain size was studied. The results from the proposed model were compared with those available in the literature from other models.
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Efeito da nucleação de grãos nas previsões do modelo multifásico para a solidificação equiaxial. / Effects of grain nucleation on the predictions of the multiphase model for equiaxed solidification.Francisco Lameiras Júnior 24 March 2006 (has links)
Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito de taxa de resfriamento e da concentração de soluto no tamanho médio final de grãos foi proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilita que novos núcleos possam surgir durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três \"pseudofases\": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. O efeito de algumas variáveis de processamento sobre o tamanho médio final de grão foi analisado. Os resultados do modelo proposto foram comparados com resultados de alguns modelos disponíveis na literatura. / A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate and the average solute concentration on the final average grain size. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. The effect of some processing variables on the final average grain size was studied. The results from the proposed model were compared with those available in the literature from other models.
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Influência da convecção termossolutal na transição colunar/equiaxial em ligas Al-Si sob condições unidirecionais e transitórias de extração de calorMOUTINHO, Andréa Moreira January 2011 (has links)
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Previous issue date: 2011 / FAPESPA - Fundação Amazônia de Amparo a Estudos e Pesquisas / CVRD - Companhia Vale do Rio Doce / A relação entre macroestrutura e propriedades mecânicas de um material tem sido objeto de
intensa investigação pois o tamanho dos grãos, a orientação cristalina e a distribuição dos
mesmos exercem influência direta no comportamento mecânico dos produtos acabados.
Assim, o entendimento dos fatores que influenciam a formação das zonas estruturais
coquilhada, colunar e equiaxial nos materiais fundidos como, por exemplo, o sistema de liga,
composição da liga, temperatura de vazamento, temperatura do molde, material do molde,
coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde, taxa de resfriamento,
gradientes térmicos, dimensão da peça, presença de convecção no líquido, transporte de
soluto, etc é de fundamental importância para a melhoria da eficiência do processo de
fundição envolvido. Com base no conhecimento dos princípios termofísicos em que essas
zonas são formadas, é possível manipular de forma bastante razoável a estrutura dos produtos
fundidos e, conseqüentemente, as propriedades mecânicas dos mesmos. Tendo como principal
foco a análise da mudança da zona colunar para a equiaxial, este trabalho apresenta um estudo
teórico-experimental sobre a transição colunar/equiaxial (TCE) das ligas hipoeutéticas Al-
3%Si, Al-7%Si Al-9%Si solidificadas unidirecionalmente em um dispositivo horizontal
refrigerado a água sob condições transientes de fluxo de calor. A condição de contato térmico
na superfície de extração de calor foi padronizada como sendo polida. Os perfis térmicos
foram medidos em diferentes posições do lingote e os dados foram armazenados
automaticamente. Um método numérico é utilizado na determinação de variáveis térmicas de
solidificação como coeficientes de transferência de calor na interface metal/molde (hi),
velocidades das isotermas liquidus (VL), gradientes térmicos (GL) e taxas de resfriamento (TR)
que influenciam diretamente a referida transição estrutural. Os resultados teóricos e
experimentais apresentaram boa concordância. Um estudo comparativo entre os resultados
obtidos neste trabalho e valores propostos na literatura para analisar a TCE durante a
solidificação unidirecional vertical ascendente sob condições transientes de extração de calor
das ligas investigadas, também é apresentado. / The macrostructure of cast ingots consists of three different zones, that is, the chill, columnar,
and equiaxed zones respectively. The origin of each one has been the subject of numerous
experimental and theoretical researches in the field of metallurgy because of the well-known
correlation between grain structures and mechanical properties. The structure is almost
determined in the solidification process, so it is essential to control the solidification process.
Despite this effort there is as yet no way that the macrostructure of an ingot can be predicted
nor even any clear agreement on how the columnar to equiaxed transition (CET) actually
occurs. The CET during solidification has been studied for many years and experimental
observations show that the position of the CET and the size of the equiaxed grains is
dependent on thermal conditions associated with the casting process including alloy system,
alloy composition, melt superheat, mold temperature, mold material, heat-transfer coefficients
at the metal-mold interface, cooling rate, casting size, melt convection, transport of solute,
and the concentration of nucleating particles. The objective of this contribution is the
presentation of experimental results on the CET in three hypoeutectic Al-Si alloys during the
horizontal unsteady-state directional solidification in a cooled mold. The thermal contact
condition at the metal/mold interface was also standardized with the heat extracting surface
being polished. Thermocouples have been connected with the metal, and the time–
temperature data have been recorded automatically. A combined theoretical and experimental
approach is applied to quantitatively determine the solidification thermal parameters such as
transient heat-transfer coefficients, tip growth rates, thermal gradients, and cooling rates
which affect the structure transition. The experimental and calculated values have shown a
very good agreement. A comparative study between the results of this article and those from
the literature proposed to investigate the CET during upward vertical solidification of Al-Si
hypoeutectic alloys is also presented.
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Influência dos parâmetros térmicos de solidificação na transição colunar/equiaxial em ligas do sistema Sn-Pb sob condições transitórias de extração de calor / Influence of solidification thermal parameters on the columnar to equiaxed transition of Sn-Pb alloys solidified under unsteady-state conditionsMOUTINHO, Daniel Joaquim da Conceição 04 July 2007 (has links)
Submitted by Cleide Dantas (cleidedantas@ufpa.br) on 2014-04-11T12:08:27Z
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Previous issue date: 2007 / CEFET/PA - Centro Federal de Educação Tecnológica do Pará / O principal objetivo deste trabalho é desenvolver um estudo teórico/experimental sobre a influência dos parâmetros térmicos de solidificação (V L e T) na transição colunar/equiaxial das ligas Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, Sn 20%Pb e Sn 25%Pb sob condições de solidificação unidirecional horizontal refrigerada à água. Inicialmente, são calculadas experimentalmente as velocidades da isoterma líquidus e as taxas de resfriamento das ligas em questão cujos resultados são comparados com as previsões teóricas de um modelo numérico. Em seguida, a posição da transição colunar/equiaxial é determinada por meio da análise macroestrutural assim como são avaliados os efeitos impostos por correntes convectivas devido ao efeito do
soluto no comportamento da transição colunar/equiaxial das referidas ligas. Finalmente, é
realizado um estudo experimental comparativo para as ligas estudadas quando solidificadas
unidirecionalmente em diferentes sistemas refrigerados à água. / This work carry out a theoretical experimental study about the influence of solidification
thermal parameters on the columnar to equiaxed transition of Sn 5%Pb, Sn 15%Pb, and Sn
20% Pb and Sn 25% Pb alloys during the horizontal unidirectional solidification process
cooled by water which considers the solute convection effects. The tip growth rates and
cooling rates have been experimentally calculated and the obtained results are compared with
those of a numerical model. The columnar to equiaxed transition position is determined
through the macrostructure characterization of the studied alloys. The experimental results
have shown that the thermosolutal convection influences the CET occurrence. Finally, a
comparative experimental study is done for the studied alloys when directionally solidified in
different water-cooled systems.
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3-D Printing, Characterizing and Evaluating the Mechanical Properties of 316L Stainless Steel Materials with Gradient MicrostructureStephen, Juanita Peche 24 March 2021 (has links)
Making gradient in the microstructure of metals is proven to be a superior method for improving their mechanical properties. In this research, we 3D print, characterize and evaluate the mechanical properties of 316L Stainless Steel with a gradient in their microstructure. During 3D printing, the gradient in the microstructure is created by tailoring the processing parameters (hatch spacing, scanning speed, and laser power and scanning speed) of the Selective Laser Melting (SLM). The Materials with Graded Microstructure (MGMs) are characterized by optical and scanning electron microscopy (SEM). Image processing framework is utilized to reveal the distribution of cells and melt pools shapes and sizes in the volume of the material when the processing parameters change. It is shown that the laser power, scanning speed and the hatch spacing have a more significant effect on the size and shape of cells and melt pools compared to the speed. Multiple Dog bones are 3D printed with a microstructure that has smaller features (cells and melt polls) at the edges of the structure compared to the center. Tensile and fatigue tests are performed and compared for samples with constant and graded microstructures. / Master of Science / The mechanical performance of Selective Laser Melting (SLM) fabricated materials is an important topic in research. Strengthening the performance of these materials can be achieved through implementing a gradient within the microstructure, referred to as Materials with Graded Microstructure (MGMs). A complicated microstructure can weaken the microstructure, and this can be resolved by optimizing the microstructure during SLM 3D printing, in which the processing parameters are tailored. In this study, the mechanical properties of these MGMs were characterized and evaluated. The gradient in these materials were created by modifying SLM process parameters (scanning speed, hatch spacing, and laser power and scanning speed) during the build. Optical and scanning electron microscopy (SEM) was used to characterize these the microstructure of these MGMs, and image processing was used to examine the distribution of cells and melt pools characteristics throughout the region where the processing parameters changed. This investigation shows that laser power, scanning speed, and hatch spacing have a direct effect on the size and shape of the cells and melt pools, compared to scanning speed, which shows an effect on melt pools. Dog bone structures are 3-D printed with a graded microstructure that has small cells and melt pools at the edges, compared to the center, by changing the laser power and scanning speed. Tensile and fatigue analysis are performed and compared for samples with constant and graded microstructures, which reveal that the mechanical properties of the MGMs perform similar to the parameter at the edges, but differently in fracture mechanics.
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