A formação interna da estrutura de uma peça fundida deve determinar as características mecânicas dessa peça, quando em serviço. Dessa forma, torna-se fundamental conhecer e parametrizar os elementos que influem na formação da estrutura do componente sólido, para o desenvolvimento adequado de sistemas de solidificação que permitam conduzir a melhoria da qualidade de uma peça no processo de solidificação. Modelos numéricos podem ser empregados para a determinação da formação estrutural, entretanto estes devem ser aferidos adequadamente para garantir sua aplicabilidade. No trabalho em questão, desenvolveu-se uma metodologia que permitiu a aferição de um modelo numérico para a previsão das condições de resfriamento de ligas de alumínio. Elaborou-se um conjunto de coquilhas e moldes que permitiram o acoplamento e verificação da estrutura formada na solidificação em diferentes situações de resfriamento, observando principalmente a direção de extração de calor e a taxa de resfriamento associada. O modelo numérico aplicado respondeu coerentemente aos resultados obtidos permitindo a previsão da estrutura solidificada pela observação dos resultados de evolução das isotermas solidus e liquidus no interior dos sistemas.

As propriedades metalúrgicas e mecânicas de uma liga metálica dependem fundamentalmente do fenômeno de solidificação e dos parâmetros associados a este. O trabalho proposto analisa a solidificação em uma primeira etapa para o projeto e otimização de moldes de fundição em areia. Nessa etapa utilizou-se como ferramenta um software comercial e resultados experimentais obtidos na indústria. Em uma segunda etapa do trabalho foi investigado as características de solidificação e suas influencias nas propriedades mecânicas e metalúrgicas de ligas de latão. A liga de latão 60/40, foi vazada em molde de areia com base de cobre objetivando uma condição de solidificação unidirecional. O monitoramento de temperaturas foi realizado utilizando-se termopares do Tipo K posicionados ao longo da altura do lingote. O lingote solidificado foi dividido em várias secções ao longo de sua altura, e para cada secção foram retirados corpos de provas e ensaiados segundo as normas ASTM E 8M-97 e ASTM E 18 – 94 para os ensaios mecânicos (σu, HRB e HV) e ASTM E112 para análise metalográfica. Os resultados da solidificação, como por exemplo o espaçamento dendritico secundário foram correlacionados com o comportamento da transferência de calor no sistema, tomando como parâmetros o gradiente térmico, a velocidade da interface (S/L) e a taxa de resfriamento, os quais foram obtidos experimentalmente. Estas características do processo metalúrgico e os resultados da solidificação foram relacionados com as propriedades mecânicas como a resistência à tração (σu) e a dureza (HRB e HV). Foram obtidas, empiricamente, expressões do tipo σu = f( λ2), HRB = f( λ2) , HV = f( λ2) e σu = f( HRB). Os resultados se mostraram coerentes com os dados da literatura e a relação de Hall-Petch que associa a dureza HRB com o espaçamento dendritico secundario. Palavras Chaves: modelagem em areia, microestrutura, propriedades mecânicas, liga de latão, solidificação, EDS.

O objetivo deste estudo é apresentar uma metodologia que visa otimizar e melhorar o processo de obtenção de materiais no estado semi-sólido. O material escolhido é a liga AA7075 utilizada em operações de forjamento. Para alcançar este objetivo foi construído um protótipo para obtenção do material nesta condição. A tecnologia utilizada é a globularização da microestrutura da liga através da agitação mecânica seguida de um resfriamento rápido. Parte-se do princípio que a qualidade e a caracterização do produto final demandam por um sistema de monitoração e controle das variáveis envolvidas no processo de fabricação. Além disso, considera-se que a evolução tecnológica da reofundição precisa ser mais centrada nos métodos de produção do que na novidade do evento. Foram avaliadas as relações existentes entre a morfologia da microestrutura, comportamento da viscosidade aparente durante a aplicação de forças externas, deformabilidade e dureza do produto obtido nas condições experimentais propostas. / This study aims at presenting a methodology so as to improve and optimize the process of obtaining materials under a semi-solid state. The material chosen is the AA7075 alloy used in forging procedures. In order to achieve our objectives, we built a prototype so as to obtain the material under the desired conditions. The technology used is the globularization of the alloy microstructure, which was achieved through mechanical shaking followed by sudden cooling. Our fundamental basis is that both the quality and the characterization of the final product depend on a monitoring system as well as the control of the variables involved in the manufacturing process. Besides, we believe that the technological rheocast evolution needs to focus more on the production methods rather than on the novelty of the event. Finally, we have evaluated the existing relations involving the microstructure morphology, the viscosity behavior during the application of external forces, the deformation and the hardness of the product obtained under the proposed experimental conditions.

Nos últimos anos, as exigências de qualidade dos aços estão aumentando rapidamente. Isso vem fazendo com que o distribuidor de lingotamento contínuo seja utilizado para ajudar na remoção das inclusões do aço líquido. A flotação de inclusões é afetada diretamente pelas condições de escoamento no distribuidor. Portanto, alterando o fluxo de fluido no distribuidor é possível melhorar a limpeza inclusionária do aço. Para alterar o escoamento no distribuidor é comum o uso de modificadores de fluxo, também chamados de barreiras. Para projetar corretamente as barreiras é comum o uso de modelos que trabalham com água como fluido de simulação, ou seja, modelos físicos. Nesse trabalho são apresentados resultados experimentais de visualização do escoamento e distribuição dos tempos de residência no modelo físico do distribuidor da Gerdau - Aços Finos Piratini. Ao final do estudo pôde-se concluir que os objetivos inicialmente propostos foram alcançados. Ou seja, configurou-se uma barreira de fácil utilização no distribuidor industrial e que cria condições de fluxo favoráveis à flotação de inclusões. / Over the past years, steel quality requirements have been growing fast. This fact demands the use of a tundish as a tool for the removal of inclusions in liquid steel. Inclusion flotation is influenced by fluid flow, so it is possible to improve steel cleaness by changing flow patterns. Flow modifiers are commonly used to improve flow conditions. These flow modifiers are refractory baffles which cause inclusions to rise to the surface of the tundish slag. Since it is impossible to visualize the flow pattern in a real tundish, water-based physical models are often used to select the best baffles. This work shows the experimental results of flow visualization and residence time distribution in the tundish of Gerdau - Aços Finos Piratini. The main objective of this work has been achieved, that is, an easy-to-use baffle was configured in a real tundish and the inclusion flotation was improved.

Neste trabalho, procurou-se investigar a fundição de peças metálicas pelo método de sucção em câmara de vácuo, bem como, estudar características e propriedades de discos de alumínio obtidos por este processo. Experiências foram realizadas com o propósito de obter informações acerca dos parâmetros que devem ser seguidos na operação do equipamento de sucção e sobre a influência de variáveis importantes, corno o grau de superaquecimento, a temperatura inicial da coquilha, a taxa de aspiração e o tipo de liga, nas propriedades das pecas produzidas. Nas condições de realização dos testes de vazamento por aspiracao em câmara de vácuo, os resultados obtidos foram satisfatórios, permitindo a produção de petas com e. sanidade de sejada. Quanto às propriedades dos discos obtidos por aspiração em coquilha, verificou-se ser a estrutura macrográfica do tipo colunar e bi-partida nos degraus. Além disso, comprovou-se a influência das variáveis anteriormente citadas sobre o nível de fluidez. Finalmente, pode-se concluir ser possível a obtenção de discos com espessuras variando de 0,5 a 0,8 mm, quando se usa moldes metálicos pré-aquecidos. / The aim of this work was to study the production of aluminum parts by the counter gravity casting method. The study covers the aspects of the process, like the construction of a vacuum system and the solidifica ti on properties of aluminum(fluidity), as a function of the process parameters. The conclusions show that it is possible to obtain very thin aluminum disks with thickness ranging from 0,5 mm to O, 8 mm, Vlhen using pre-heated metalic molds. It also shows an increase in fluidity in aluminum alloys with the increase of mold temperature, s u perheating degree and aspiration rate.

O objetivo deste trabalho foi testar a estabilidade e a reciclabilidade de uma cera para modelos utilizada em microfusão, decerada em forno microondas, e comparar com resultados obtidos em deceragem realizada em autoclave. A cera foi elaborada a partir de EVA (2,50%), BHT (3,00%), Breu (37,5%), Parafina micro (24,0%), Parafina macro (18,0%) e Cera de polietileno (15,0%), sendo preparada por fusão em forno tipo poço termostatizado e caracterizada quanto ao teor de cinzas, expansão volumétrica, ponto de solidificação, dureza, curvas térmicas (DSC, DTA e TGA ou DTG), viscosidade, espectros no UV-VIS e FTIR. Foram simuladas sucessivas deceragens em microondas (ciclos), tomando, a cada deceragem, uma amostra e medindo as variações destas propriedades e perfis das curvas como indicador de sua estabilidade e reciclabilidade. Estes resultados, primeiramente, tem explicação considerando-se que: (a) os níveis energéticos das microondas que interagem com as moléculas da cera não apresentam valores de energia suficientemente altos para ativar reações de degradação significativas; (b) as ações termomecânicas, aos quais a cera é submetida no processo de deceragem em microondas, são brandas quando comparadas com as condições de deceragem em autoclave, onde a cera é submetida à fusão por vapor de água em altas temperaturas e pressões, a aquecimentos posteriores para remoção da água retida e à agitação mecânica, processo estes ausentes na deceragem por microondas; segundo mostram inequivocamente a maior estabilidade estrutural e química quando a deceragem é realizada em forno microondas e, portanto, a deceragem em forno microondas apresenta vantagens quando comparada com a deceragem em autoclave. Os resultados mostraram que as alterações observadas apresentaram menor intensidade quando a deceragem é realizada em microondas. / The objective of this work was to test the stability and the recyclebility of a wax for models used in investment casting, dewaxed in microwave oven, and compare it with results obtained in dewaxing carried out in autoclave. The wax was made from EVA (2,50 %), BHT (3,00 %), Tar (37,5 %), Paraffin micro (24,0 %), Paraffin macro (18,0 %), polyethylene wax (15,0 %) being prepared by fusion in a thermostatized well-type oven and characterized as for the ashes tenor, volumetrically expansion, solidification point, hardness, thermal curves (DSC, DTA and TGA or DTG), viscosity, specters in the UV-VIS and FTIR. It was simulated successive dewaxing in microwaves (cycles) taking at each dewaxing a sample and measured the variation of these properties and the curves profiles as indicator of its stability and recyclebility. Firstly, these results have explanation when one considers the following: (a) the energetic levels of the microwaves that interact with the wax molecules do not present sufficiently high values of energy to activate significant degradation reactions; (b) the thermomechanic actions, which is subjected the wax in the microwaves dewaxing process, are brand when compared with the dewaxing conditions in autoclave where the wax is subjected to fusion by steam of water in high temperatures and pressures, subsequent heating for the removal of the retained water and the mechanical agitation, process which is absent in the dewaxing by microwaves; secondly, they show unequivocally a major structural and chemical stability when the dewaxing is carried out in microwaves oven and, therefore, the dewaxing in microwaves oven presents advantages when compared with the dewaxing in autoclave. The results showed that the observed alterations presented less intensity when the dewaxing is carried out in microwaves.

Com o objetivo de se otimizar as propriedades magnéticas de ligas fundidas para imãs permanentes tipo Âlnico, foram realizadas experiências de solidificação controlada visando a obtenção de estrutura colunar orientada. Âs experiências iniciais foram feitas com Âluminio que serviu de modelo para as experiências com a liga Âlnico 5. Âpresenta-se urna breve revisão do estado da arte das ligas Âlnico, enfatizando-se as técnicas de fundição utilizadas na obtenção de imãs permanentes, policristalinose anisotrópicos. Descreve-se a técnica utilizada para a produção de imãs permanentes com base na liga Âlnico 5 com composição nominal 24% Co, 14% Ni, 8% AI, 3% Cu e balanço Fe. São abordadas as condições de fusão da liga, as análises químicas e os tratamentos térmicos realizados em várias amostras. Os imãs foram produzidos por solidificaçãounidirecional,em moldes cerâmicos do tipo casca obtidos pelo processo de microfusão. Âs amostras foram avaliadas através da obtenção das curvas de histerese magnética, microscopia ótica e eletrônica. Âvaliam-se os efeitos de composição, tratamento térmico submetido e características metalúrgicas da liga, nas propriedades magnéticas. Os resultados indicam que as propriedades magnéticas da liga são muito influenciadas pelo tratamento térmico. Os melhores resultados foram obtidos nas amostras que passaram pelo tratamento térmico convencional(TTC). / With the purpose to optimize the magnetic properties of Alnico cast alloys, experiments under controlled solidificationaimig the production of oriented structures, have been realized. AIuminum ingots were used in the first tests as a model for the following experiments with Alnico 5 alloy. The melting conditions to obtain by unidirectional solidification using shell molding investment casting and, the Alnico 5 alloy 8% AI, 14% Ni, 24% Co, 3% Cu and Fe are discussed. The samples were analized by optical and electronic microscopy and by hysteresis loop, as well the efIects of chemical composition and heat treatment. The results indicate that the heat treatment has a strong influence on the magnetic properties of this alloy and the best results were found in the sample submeted under conventional heat treatment (TTC).

A disposição de resíduos de fundição em áreas não licenciadas foi e ainda é uma prática empregada por muitas empresas do setor. Quando dispostos inadequadamente, podem poluir o solo e a água, alterando suas características físicas, químicas e biológicas, constituindo-se em um problema ambiental. A ação da sociedade em geral fez com que essa prática diminuísse, forçando as empresas a aumentar a taxa de reciclagem da areia e a dispor seus resíduos em aterros industriais licenciados por órgãos ambientais. Porém, um grande passivo ambiental foi deixado, de forma que estas áreas necessitam ser caracterizadas e recuperadas. Este trabalho avaliou a contaminação ambiental do descarte de areia de fundição em uma área na região de Passo Fundo, que recebeu predominantemente areia de moldagem do tipo "verde" e do processo "shell". Caracterizou-se o solo, a vegetação, a água de um córrego próximo e a água do lençol freático. Em função da presença de compostos fenólicos na fabricação de areia de moldagem do tipo shell, estudou-se mais detalhadamente a contaminação da área por compostos fenólicos. Empregou-se duas diferentes metodologias de análise de fenóis: o método de análise de fenol total por extração com clorofórmio e fenóis por cromatografia gasosa. Pode-se dizer, que o principal impacto ambiental encontrado na área foi a degradação física do terreno pela disposição dos resíduos. No presente caso, uma área de banhado foi destruída. O solo da área tornou-se mais arenoso em função da disposição deste resíduo e sua coloração tornou-se mais escura. Entretanto, há evidências de uma recuperação natural, visto que há o crescimento de vegetação pioneira. Observou-se na área uma concentração baixa de metais tóxicos, porém um aumento da concentração de compostos fenólicos. O compostos fenólicos identificados foram: fenol, o-cresol, 2-fenilfenol, 3-fenilfenol, 4-fenilfenol e bisfenol A. O bisfenol A foi considerado como a substância indicativa da contaminação do meio ambiente por areia de fundição. Quanto a determinação de compostos fenólicos, a metodologia utilizando técnicas cromatográficas mostrou-se mais adequada de para a determinação de compostos fenólicos oriundos dos resíduos de fundição, pois permite uma análise precisa para cada tipo de composto fenólico. A metodologia de determinação de fenol total por extração com clorofórmio não é seletiva, detectando na análise vários compostos fenólicos de ocorrência natural e mascarando a influência da contaminação de origem antrópica. / The illegal disposal of wastes in open areas was a common practice by the foundry industry. It is concerned that it can pollute the soil and water, modifying its physical, chemical and biological properties, becoming a serious environmental problem. The action of the society provided that this practice was inhibited. The industries were forced to recycle the foundry sand and to dispose their solid wastes in engineered landfills approved by the governmental agencies. However, the old landfills should be characterized and recovered. Thus, this work aims to evaluate the environmental contamination of a foundry sand landfill in the city of Passo Fundo, Rio Grande do Sul, Brazil, which has received mainly "green" and "shell" molding sands. It was characterized the soil, vegetation, surface water of a nearby stream and the underground water. A special emphasis was given in this work to the phenolic compounds, due the presence in the shell molding sand. It was applied two different methodologies for phenolic compounds analysis: total phenolic compounds by chloroform extraction and phenolic compounds by gas chomatrography. The results showed that the main environmental impact found was the physical degradation of the area. In the present case, the solid waste material covered a natural wetland. The local soil contains a higher amount of sand and its color became darker. However, a natural recovery of the place is happening, thus there is pioneer vegetation growing. The amounts of toxic metals in the area are in the same level of the background, however there are higher amounts of phenolic compounds in the soil and water. The phenolic compounds indentified were: phenol, o-cresol, 2- fenilphenol, 3-fenilphenol, 4-fenilphenol e bisphenol A. The bisphenol A was considered the main the indicator of environmental contamination by foundry sand. Concerning the determination of phenolic compounds, the gas chromatography technique proved to be more adequate, then it allows a precisely quantification for each type of phenolic compound. The determination by chloroform extraction methodology is not selective, detecting many phenolic compounds from natural and antropic sources of contamination.

Orientador: Rubens Caram Jr / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-21T07:06:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TrivenoRios_Carlos_M.pdf: 6522727 bytes, checksum: 88fd5f064bc0cbb6708b072bbba53f63 (MD5) Previous issue date: 1996 / Resumo: O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma metodologia de previsão da microestrutura dendrítica no processo de fundição de ligas de alumínio. O trabalho foi iniciado pela escolha uma liga de alumínio utilizada na fabricação de pistões automotivos como objeto de análise. Tal liga continha aproximadamente 9,0% de silício e 2,5% de cobre, em peso. O desenvolvimento do trabalho envolveu a caracterização metalográfica e térmica da liga, com o objetivo de identificar qualitativamente e quantitativamente as fases e estruturas formadoras de sua microestrutura metalúrgica, e também seus pontos de transformação. Tal caracterização teve como objetivo, basicamente, estabelecer o início e o fim da solidificação. Em seguida, foi elaborado o estudo do crescimento dendríticos da liga, por meio de solidificação direcional, tendo como meta determinar correlações entre microestrutura dendrítica e parâmetros térmicos. Finalmente, foram executados experimentalmente e simulados numericamente, os processos de fundição em areia e em aço. Os resultados obtidos da solidificação direcional foram empregados na simulação do processo, o que resultou na possibilidade de previsão da microestrutura dendrítica das peças fundidas. A comparação de dados fornecidos pela simulação da microestrutura, com dados obtidos experimentalmente, mostraram boa concordância, o que mostra que a previsão microestrutural é possível e pode ser empregada na otimização da microestrutura metalúrgica de peças fundidas industrialmente / Abstract: This work deals with the development of a method to predict the dendritic microstructure in aluminum alloy foundry process. Firstly, an aluminum alloy used in automotive pari production was chosen to be studied in this work. Such an alloy had an average amount of 9.0% wt. of Si and 2.5% wt. Of Cu. The work was started by making the alloy metallography and thermal analysis, where the aim was to identify its phases and structures, as well its phase transformation temperatures. The final objective of such a characterization was to detect the beginning and the end ot he alloy solidification. The next step was related to the study of the alloy dendritic growth by using directional solidification technique and its purpose was to find a relationship between the solidification thermal parameters and the dendritic microstructure. Finally, two types of foundry process, in sand and in steel molds, were performed experimentally and numerically. The results obtained from directional solidification were used to simulate numerically the foundry process. The comparison between the microstructure prediction and the experimental results showed good agreement. Such a result allows one confirm that this process simulation may be used in optimization of the foundry product microstructures / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Rezende Gomes dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-01T16:47:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Palmiere_Wagner_D.pdf: 40699634 bytes, checksum: 9a3292fe33a1d382872641f302967ee5 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: O desenvolvimento do processo de lingotamento contínuo de placas finas é de muita importância para o aumento da produtividade da produção de chapas finas. Contudo, para que este processo esteja completamente desenvolvido e aplicável industrialmente diversas dificuldades tecnológicas necessitam ser resolvidas e por isto faz-se necessário o estudo e conhecimento do mesmo. O objetivo principal deste trabalho é a apresentação do desenvolvimento de um dispositivo experimental para a simulação da solidificação e resfriamento de placas finas de aços dentro do molde associada à implementação de tensões de compressão na placa durante sua solidificação. Foram estudados alguns dos efeitos da implementação da deformação do metal durante sua solidificação sobre variáveis como perfil de temperatura do metal durante a solidificação e microestrutura. Algumas ligas metálicas foram u_das para a realização dos experimentos para a obtenção das placas finas, sem e com deformação com o núcleo líquido, com o objetivo de adequar-se o simulador para que se tomasse possível os testes experimentais com aços. Foi utilizado um modelo computacional, elaborado com base no método de elementos finitos, para a simulação do comportamento dos perfis térmicos durante a solidificação e resfriamento da placa fina obtida com e sem deformação. Os resultados obtidos com a simulação foram comparados com resultados experimentais e a aproximação entre eles foi considerada muito boa / Abstract: The development of continuous casting of thin slab is important in order to improve the steel sheet productivity. However, a lot of technological difficulties need to be solved and it can be done through experimental researches, seeking, in this way, to figure out the relations between process parameters and metallurgical characteristics. The purpose of this work is to optimize an equipment to simulate the production of thin slab steel with liquid core reduction, in order to verify the behavior of the metal when it is applied the deformation of the liquid core. The development of the equipment was obtained by experimental tests in which were used different metals alloys with low liquidus temperature. The effects of core reduction on solidification temperature profile, macrostructure and microstructure were studied. A computational model, based on finite element method, was applied in order to simulate the temperature behavior of thin slab and cooper mold during solidification and cooling process and the results fit very well / Doutorado / Materiais e Processos de Fabricação / Doutor em Engenharia Mecânica