Orientador : Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-14T23:19:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moreira_AntonioLucianoSeabra_M.pdf: 4246426 bytes, checksum: a8bbb3a19d89d49cd336c1cf1858a24f (MD5) Previous issue date: 1983 / Resumo: Este trabalho apresenta um estudo teórico-experimental do processo de solidificação de metais, com temperatura inicial acima da temperatura de fusão, em moldes cilíndricos refrigerados. Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica dos principais métodos de análise da transferência de calor em sistemas metal/ molde. Em seguida, utilizando um dispositivo simulador de solidificação radial em geometrias cilíndricas, foram obtidos resultados experimentais do tempo em função da espessura solidificada. Posteriormente foi desenvolvido um método para a análise da cinética de solidificação de metais superaquecidos em moldes cilíndricos refrigerados e os resultados obtidos com o emprego do mesmo foram comparados com os valores experimentais. Possíveis aplicações do método proposto na solução de problemas práticos de fundição são apresentadas. Finalmente e apresentado um estudo comparativo da cinética de metais solidificados em moldes com geometrias plana, cilíndrica e esférica / Abstract: This work presents a theoretical-experimental study on the solidification of metals, initially at a temperature above the melting point, in cooled cylindrical moulds. A literature survey was carried out regarding the heat transfer methods applied to solidification in metal/mould systems. Using a radial water cooled device simulating the solidification of cylindrical geometries, experimental values of the solidified thickness as function of time were obtained. A method was developed to analyse the solidification kinetics of superheated metals in cooled cylindrical moulds and the predictions furnished by this method were compared with the experimental data. Possible applications of the proposed method to the solution of practical problems in the foundry process 3re presented. Finally a comparative study of the solidification kinetics of solidified metals in plane, cylindrical and spherical geometries is presented / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Antonio Celso Fonseca de Arruda / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-15T02:34:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Prado_GilbertodosSantos_M.pdf: 5046356 bytes, checksum: 29e3fa3f989384e4aca3aff042c56e19 (MD5) Previous issue date: 1983 / Resumo: O presente trabalho relata experiências na área de refundição do alumínio comercialmente puro e da liga AI-4,S%Cu. Inicialmente fez- se uma revisão teórica dos princípios básicos de solidificação e uma introdução teórica ao processo de refundição. O procedimento experimental exigiu a construção de um equipamento para a utilização de alumínio e suas ligas, constituindo de dois tipos de sistemas alimentadores, adaptáveis a processos contínuos, com dois tipos diferentes de câmara de agitação, uma do tipo funil, outra do tipo cilíndrico. A técnica baseia-se na agitação vigorosa do metal, com refrigeração e atrito, no intervalo de temperatura entre o início e o fim do processo de solidificação. Na saída do sistema obtém-se o material em estado semi-sólido com alto volume de fração de sólido. A macroestrutura bruta de fusão dos lingotes obtidos apresentou granulação refinada. Quanto a microestrutura ocorreu mudança de uma forma dendrítica (convencional), para outra, de forma dendrítica dupla, com partículas grosseiras primárias de forma aproximadamente esférica, numa matriz dendrítica fina. Amostras de superfície de fratura de lingotes da liga Al-4,5%, obtidas por microscopia eletrônica, vieram a confirmar a viabilidade e eficiência do processo para obtenção de estruturas reofundidas / Abstract: The present work is concerned with experiments in rheocasting of commercial aluminium and Al-4,5% copper alloys. Initially a critical review of basic principles of solidification and a theoretical introduction to the rheocasting process were made. For experimental procedures, an equipment to be used for AI and its alloys rheocasting process was constructed. The equipment is constituted by two different feed systems wich can be applied for continuous processes, two different stirring chamber, one of them of funnel type, another one of cylindrical type. The method is based on vigorous stirring of the metal under refrigeration and shear during the solidification phenomenon. In this process a semi-solid material with high solid fraction obtained. The macrostructures of as-cast ingots were analysed and showed to be composed by fine grains. Regarding the microstructures, it was changed from conventional dendritic ones to duplex dendritic formed by coarse primary particles of almost spherical shape in a fine dendritic matrix. Samples showing fracture surface of Al-4, 5%Cu alloys, obtained in electronic microscope confirmed the process efficiency in promoting rheocasting structures / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Rezende Gomes dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-03T15:18:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Andrade_RicardoBatistade_M.pdf: 7908011 bytes, checksum: 685d05a0a4c1c49dc6ea258a768b1ed5 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Este trabalho apresenta uma análise experimental da influência do material e da geometria do molde em parâmetros térmicos e estruturais durante a solidificação de ligas alumínio-cobre. Para tanto placas e cilindros das ligas Al-4,5%Cu e Al-15%Cu foram solidificadas em moldes de areia e de aço. Foram obtidas, através de um sistema de aquisição de dados, as curvas de resfriamento em diferentes posições nas peças e na superfície externa dos moldes. Os resultados obtidos permitiram a determinação dos tempos de solidificação nas diferentes condições analisadas. Através de análise metalográfica foi possível determinar a influência da geometria e do material do molde na formação da macroestrutura e da microestrutura durante o processo de solidificação. Um modelo numérico para simulação do processo de solidificação em moldes maciços foi desenvolvido e otimizado. Alguns resultados obtidos com a aplicação do modelo, comparados com resultados experimentais, são apresentados / Abstract: This work presents an experimental analysis of the influence of material and geometry of mold in thermal and structural parameters during solidification of aluminum-copper alloys. Slabs and cylinders of Al-4.5wt%Cu and Al-15wt%Cu alloys were solidified in sand and steel molds. Curves of the variation of temperature in different positions in the solidifying alloy and on the external surface of the mold were determined. From the results solidification times were estimated for all cases analyzed. From metallographic analysis of the influences of geometry and mold material on macrostructure and microstructure were determined. A numerical model to analyze the solidification of alloys in massive molds was developed. Examples of the application of the model compared with experimental results are shown / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Kamal Abdel Radi Ismail / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-23T08:47:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SousaFilho_LourivalMatosde_D.pdf: 17246436 bytes, checksum: 4f99e2f233216584c3570917e55b69c6 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: O processo de solidificação de um material de mudança de fase ao redor de um tubo curvo resfriado é estudado numericamente com vistas à aplicação em sistemas de armazenamento de calor latente. A influência da convecção natural na fase líquida foi levada em consideração. O modelo matemático foi formulado em termos das variáveis primitivas, sendo este bidimensional e transiente. O método dos volumes finitos foi empregado para discretizar o sistema de equações diferenciais que governam o fenômeno físico, resultando em um sistema de equações algébricas lineares. Para fixar e tornar regular a frente de solidificação que se desloca ao longo do tempo, foi aplicada a técnica de transformação de coordenadas. O tratamento do termo transiente foi discretizado em uma formulação implícita para as equações da conservação, enquanto, a equação do balanço de energia na fronteira sólido-líquido, foi obtida explicitamente. Os resultados numéricos da frente de solidificação obtidos pelo presente modelo foram comparados com os resultados disponível na literatura, apresentando uma boa concordância. Resultados para alguns parâmetros fundamentais no dimensionamento de sistemas térmicos também foram obtidos e discutidos neste estudo. Os resultados mostram que os parâmetros como temperatura da parede, temperatura inicial do PCM líquido e razão de curvatura tem influencia significativa sobre a posição da interface, velocidade da interface, massa solidificada e tempo completo da solidificação / Abstract: The solidification process of a phase change material around a curved tube is cooled numerically investigated in order to apply to systems of latent heat storage. The effect of natural convection in the liquid phase was taken into account. The mathematical model was formulated in terms of the primitive variables, and this two-dimensional transient. The finite volume method was used to discretize the system of differential equations that govern the physical phenomenon, resulting in a system of linear algebraic equations. To fix and become regular solidification front which moves along the time technique was used to transform coordinates. The treatment of the transient term was discretized in implicit formulation for the equations of conservation, while the equation of energy balance in the solid-liquid boundary was obtained explicitly. The numerical results of the solidification front obtained by this model were compared with results available in the literature, showing good agreement. Results for some key parameters in the design of thermal systems were also obtained and discussed in this study. The results show that parameters like wall temperature, initial temperature of the liquid PCM and curvature ratio has a significant influence on the position of the interface, interface speed, mass, solidified and completed solidification time / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Henry França Meier. / Co-orientador: Dirceu Noriler. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química.

Este trabalho tem por objetivo elaborar um modelo matemático que contribua para o domfnio cientf~ico dos processos de tratamentos térmicos r através da análise da t~mpera em água r em óleo e normalização de barras cilfndricas de aço. E proposto UM sistema de equações r que descreve diversas partes destes processos. Admite-se que se conhecem o di~metro da barra r a composição qufmica do aço r a temperatura de austenitização e do meio de res~riamento o Calcula-se r a partir dar r a velocidade de res~riamento r a temperatura e as tensões térlDicas em qualquer posição e instante do res~riamento r as propriedades mec~nicas - dureza e limite de resist~ ncia a tração - e a temperabilidade correspondente a um determinado ponto do corpo de prova do ensaio Jominy r que possui as mesmilS condições de res~ria.ento da barra res~riada em óleo. Ainda r admitindo-se conhecer o diagrama de trans~or.ação em res~riamento contrnuo r pode-se calcular o tempo e a temperatura de inrcio de trans~ormação de ~ase o o modelo é comparado com resultados experimentais próprios e aos de outros autores publicados na Jiteratura o

Lingotes de liga AA 7075 foram solidificados extensivamente, sob diferentes condições de solidificação, e obteve-se os índices de segregação (I5) dos ';mesmos através de medidas de concentração realizadas por microssonda eletrônica. Procura-se explicar a variação do índice de segregação através do super-aqu~cimento constitucional e também, em função do espaçamento dendrítico.Medidas do índice de segregaçao efetuados em lingotes hornogeneizados mostraram uma grande diminuição do mesmo após o tratamento de homogeneização. Medidas do índice de segregação em lingotes laminados mostraram que a laminação ê efetiva em prom~ver a homogeneizaçio dos lingotes. Foram levantadas curvas de concentração de saluto no sólido e verificou-se que as mesmas não seguiam nenhuma das teorias de redistribuição de soluto para ligas binárias diluídas e se aproximavam ligeiramente do modelo teórico de Pfann.

A liga Pb1-xSnxTe possui grande utilização na fabricação de detectores fovoltáicos, operando na região do infravermelho termal (8-14 mm) e seu desenvolvimento é de grande interesse na indústria aeroespacial. Este trabalho visou estudar a redistribuição de soluto através da solidificação unidirecional utilizando os métodos Bridgman vertical, normal e inverso, e horizontal. Foi estabelecido um gradiente térmico para cada método utilizado, variando somente a velocidade de solidificação, visando estudar a distribuição de soluto (SnTe) na fase líquida. Através de análises dos resultados obtidos pode-se verificar que na ocorrência de fluxos convectivos e/ou difusivos suficientes para causarem a mistura completa na fase líquida, a composição axial (Cs) do lingote resultante varia de acordo com a equação de Scheil. No uso do método Bridgman vertical normal ou inverso, os gradientes térmicos ou constitucional possuem sempre sinais opostos, ou seja, a convecção provocada pela configuração estável de um gradiente pode ser reduzida pela estabilidade do outro. Os resultados obtidos foram analisados através de espectrometria por dispersão de energia (EDS), com auxílio de um microscópio eletrônico de varredura (MEV).

As propriedades das peças produzidas por fundição dependem principalmente da macroestrutura final de grãos. A modelagem matemática da solidificação de ligas metálicas com o objetivo de prever a macroestrutura de grãos sofreu avanços muito importantes nas últimas décadas, porém os modelos matemáticos chamados de determinísticos até hoje não são capazes de modelar o crescimento individual dos grãos durante todos os estágios da solidificação. O objetivo do presente trabalho é desenvolver um modelo matemático multifásico e multigrãos capaz de simular a solidificação equiaxial de ligas binárias. As equações deste modelo foram construídas com base nas equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas. A característica que distingue o modelo implementado neste trabalho de outros modelos publicados na literatura é a consideração individual de grãos de diferentes tamanhos e a consideração do crescimento dendrítico ou globulítico. As equações macroscópicas de conservação de massa, energia e espécies químicas são resolvidas separadamente para cada classe de tamanhos de grão. Os resultados obtidos pelo presente modelo foram comparados com um modelo que considera os grãos individualmente, mas que só é capaz de simular os instantes iniciais da solidificação, em que a morfologia dos grãos é globulítica. Posteriormente foi realizada uma comparação com um modelo de solidificação equiaxial com muitas características semelhantes às do presente modelo, mas que não considera individualmente grãos de diferentes tamanhos. Foi realizada uma análise paramétrica do presente modelo, que posteriormente foi utilizado para tentar reproduzir resultados obtidos experimentalmente por diversos autores. Os resultados obtidos mostram que o modelo matemático proposto é capaz de simular todo o período de solidificação, incluindo a solidificação dendrítica ou globulítica, monitorando individualmente o crescimento de grãos com tamanhos diferentes. Os resultados obtidos pelo modelo implementado no presente trabalho reproduzem quase que exatamente as curvas de resfriamento e a previsão de tamanho de grão médio obtidas por um modelo que considera os grãos apenas de forma média. O modelo desenvolvido apresentou resultados próximos aos resultados experimentais para a previsão do tamanho de grão médio e para a distribuição de tamanhos de grão final em uma amostra de alumínio comercialmente puro inoculado com Al- 5%Ti-1%B. / Properties of components obtained by solidification processes depend strongly on the final grain structure. In the past few decades, there has been a significant breakthrough in the mathematical modeling of metallic alloy solidification to predict the grain macrostructure. Nevertheless, the so-called deterministic models are still not capable of modeling the individual growth of grains throughout the solidification time. The objective of the present work it to propose, implement, and evaluate a multiphase and multigrain mathematical model of equiaxed solidification in binary alloys. The equations of the model are based on the macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species. The main feature that distinguishes the present model from other models available in the literature is the consideration of the growth of individual grains of different sizes, and of the dendritic or globulitic growth. The macroscopic conservation equations of mass, energy, and chemical species were applied separately to each class of grains of different sizes. The results obtained from the present model were compared with those from a model that also simulates the individual growth of grains, but was developed only for the early stages of solidification, during which there is globulitic growth. Next, the results were compared with those from a similar model, but which does not consider the individual growth of grains, following only a grain of average size. A parametric analysis was carried out with the present model, which was later used to simulate different experiments presented by several authors. The model was capable of simulating several phenomena, including the globulitic and dendritic growth for each class of grain, during the whole solidification time. The results obtained with the present model reproduce very accurately the cooling curves and the prediction of grain size obtained from a model that considers only a grain of average size. The present model results are in close agreement with measurements of average grain size and grain size distribution in an commercially pure Al with different additions of Al-5%Ti-1%B.

Estágio realizado na DuritCast e orientado pelo Eng.º Ricardo Ferreira e Eng.º Luís Sierra / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009