O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento e aplicação de um software de simulação para o processo de lingotamento contínuo que seja capaz de simular com precisão e confiabilidade a solidificação de tarugos de aço, possibilitando a otimização do processo de fabricação dos produtos siderúrgicos. Para a validação do software, utilizou-se de resultados obtidos experimentalmente de medições de temperaturas em planta e de amostras de aços lingotados. As medidas de temperatura foram realizadas com a inserção de termopares ao longo da parede de moldes e com uso de pirômetro óptico posicionado em diferentes regiões da máquina de LC. O modelo desenvolvido mostrou-se bastante coerente e preciso quando seus resultados foram comparados com os dados experimentais do processo. Foram analisados lingotes de seção quadrada de 240 mm, 180 mm e 150 mm. Com a simulação de uma seqüência de corridas monitoradas foi possível obter resultados para ajuste de parâmetros térmicos como os coeficientes de transferência de calor nas interfaces metal/molde e metal/ambiente. Posteriormente, aferições foram realizadas com dados reais de processo e com outros programas numéricos da literatura aplicados ao processo de LC. Com o programa de simulação devidamente aferido, correlações numéricas e experimentais foram realizadas para verificar a influência de parâmetros térmicos (ρ, c, k, TL, TS), parâmetros de processo (TV, VL, CQ) e parâmetros estruturais (λ1, λ2, TCE) na evolução da casca solidificada e perfil térmico dos tarugos. Dessa forma, equações empíricas que correlacionam esses parâmetros foram analisadas e posteriormente adotadas no programa numérico. / The development and application of simulation software for the continuous casting process is proposed in this work. The heat transfer and solidification models were validated with experimental results of temperature measurements in an industrial plant as well as with steel billets samples. Thermocouples embedded in the mold walls were used to measure temperatures along the mold length and non-contact pyrometers positioned at different locations along the machine were used to monitored the strand surface temperatures. The model seemed to predict quite accurately the continuous casting simulation when calculated results were compared with experimental measurements. In this study, steel billet with square section of 240 mm, 180 mm and 150 mm were analyzed. Some of the monitored heats were used to adjust thermal parameters as the heat transfer coefficients. After, the model results were compared with results from a heat transfer model of literature. With the simulation software properly calibrated, numerical and experimental correlations were performed to analyze the influence of thermal parameters (ρ, c, k, TL, TS), process parameters (TV, VL, CQ) and structural parameters (λ1, λ2, TCE) in the evolution of solidified shell and thermal profile of the billets. Therefore, empirical equations that correlate these parameters were analyzed and subsequently adopted in the numerical model.

O objetivo principal desse trabalho é estudar o processo de solidificação e da formação de fases de uma liga de magnésio contendo elemento Terras Raras (Mg-6Al-3La-1Ca), submetida a diferentes níveis de superaquecimento. Para isso, foi utilizado um sistema de solidificação unidirecional ascendente com atmosfera controlada. Termopares foram utilizados para monitorar a evolução térmica dos lingotes, que foram resfriados de forma lenta (convecção natural) e de forma rápida (convecção forçada com água refrigerando a base). Pôde-se, então, determinar as temperaturas de transformação da liga (temperaturas solidus e liquidus). Além disso, foram identificadas as formações da matriz α-Mg, dos compostos de forma acicular Al11La3, e dos eutéticos Mg2Ca e (Al,Mg)2Ca, além de uma fina estrutura dispersa pela matriz indicando ser provavelmente Al2Ca. O superaquecimento mostrou forte influência na morfologia quando aliado ao resfriamento rápido. Para maiores valores de superaquecimento a formação de fases contendo Lantânio foi majorada e a formação de estruturas eutéticas contendo Cálcio foi retardada. Equações correlacionando parâmetros struturais e térmicos foram geradas mostrando conformidade com a literatura. / This work aimed to study the solidification process and phase formation of a magnesium alloy containing rare earth elements (Mg-6Al-3La-1CA) subjected under different values of superheating. For this, it was used an unidirectional solidification system with a controlled atmosphere. Thermocouples were used to follow up the thermal evolution of the ingots, in both, slow cooling condition (using natural convection) and fast cooling condition (using water in the base to cooling the ingots). So it was then determined the transformation temperatures of the alloy (solidus and liquidus temperatures). Furthermore, it was identified the formations of α-Mg matrix, the compounds of Al11La3 (acicular form), and the eutectic Mg2Ca and (Al, Mg)2Ca, and a fine structure dispersed through the specimen indicating, probably, to be Al2Ca. Superheating has showed strong influence on morphology when combined with rapid cooling. For larger values of superheating the formation of phases containing lanthanum was increased and the formation of eutectic structures containing calcium was delayed. Correlation between thermal parameters and microstructure were made and the results agreement with the literature.

O presente estudo teve como objetivo a obtenção de equações empíricas permitindo a correlação da morfologia estrutural de aços com os parâmetros de solidificação: variação dos espaçamentos dendríticos secundários com a posição (l2xP) e variação dos espaçamentos dendríticos secundários com as taxas de resfriamento (l2x •T), como também o desenvolvimento de uma metodologia para determinação do início de transição colunarequiaxial e sua relação com a seção e composição química do aço. Para isso foram utilizadas técnicas de metalografia e um sistema de aquisição de imagens para a análise de macro e microestrutura (transição colunar-equiaxial, espaçamentos dendríticos secundários), de aços especiais obtidos por lingotamento contínuo. Foram selecionadas amostras retiradas de lingotes com três diferentes seções: 150x150mm, 180x180mm e 240x240 mm, englobando aços com diferentes valores de carbono equivalente, totalizando nove qualidades analisadas. Simulações foram geradas empregando um software do lingotamento contínuo (InALC), obtendo-se resultados das condições de solidificação em relação a taxas de resfriamento ( •T), para os parâmetros operacionais (composição química, velocidades e temperaturas de lingotamento). As equações dos parâmetros microestruturais obtidas experimentalmente foram implementadas no software InALC+, permitindo simulações também com previsão estrutural para os aços analisados. Pode-se concluir que o aumento da seção proporcionou maiores zonas colunares, independente da composição química dos aços, e que para um teor de carbono equivalente de 0,11%Ceq observou-se uma relação direta e linear entre os valores de início de TCE, tamanho da seção e taxa de resfriamento. As equações para EDS em função da distância para aços com valores de Ceq iguais apresentaram maiores valores na seção de 240 mm e 180 mm, seguidos pela seção de 150 mm. Nas equações de EDS em função da taxa de resfriamento simulada para aços com valores de Ceq iguais a 0,11%Ceq, os maiores valores de EDS ocorrem na seção 150mm, seguido pela seção 240mm e 180mm. Na comparação dos aços com valores de carbono equivalente em torno de 0,40%Ceq, o valor de EDS apresentou um aumento em função do aumento das seções. Em comparação a aços de mesma seção, as equações apresentaram um aumento do valor de EDS em função do aumento do Ceq. / The objective of this study was to obtain empirical equations permitting the relationships between as-cast structural morphology and solidification conditions: variation of the secondary dendrite arm spacings with positions (l2xP), variation of the secondary dendrite arm spacings with cooling rates (l2x • T ), as well as to develop a methodology to determine the start of the colunar-equiaxed transition and its correlation with mold section and chemical composition of the steel. Metallographic techniques and image acquisition system were used to analyze both macrostructures and microstructures (colunar-equiaxed transition and secondary dendrite arm spacings) of special steels produced by continuous casting. Transversal specimens were cut from the solidified ingots with different sections: 150x150mm, 180x180mm e 240x240mm, and with different equivalent carbon, totalizing nine steel types. Based on a heat transfer and solidification mathematical model of the continuous casting process (InALC+), results have been developed correlating the cooling rates as a function of operational parameters (chemical composition, casting speed and casting temperature). The correlation of these expressions with experimental equations relating dendrite spacings and colunar-equiaxed transition were implemented into the InALC+ software, providing an insight into the preview of structural characteristics for special steels. It can be concluded that the increasing of the section lead to bigger columnar zones, independent of the chemical compositions of the steels, and for 0.11%Ceq it was observed a direct and linear relation between the initial of the columnar-equiaxed transition, strand section and cooling rate. The expressions for SDAS in function of the distance for steels with equals Ceq presented bigger values for 240 and 180 mm, followed by 150 mm. In the expressions for SDAS in function of the simulated cooling rate for steels with 0.11%Ceq the bigger values were observed to 150 mm followed by 240 and 180 mm. In the comparison between the steels with 0.40% Ceq the SDAS values presented an increase in function of the increase of the section. For the same section the expression presented an increase in the SDAS value in function of the increase of the Ceq.

A produção de fundidos com baixo nível de defeitos e com propriedades mecânicas adequadas é facilmente alcançada com a previsão do comportamento do metal durante a solidificação. A transferência de calor entre o metal-líquido e o molde, nos primeiros instantes de contato, compromete definitivamente as propriedades mecânicas e a qualidade do produto final. O comportamento da transferência de calor entre o metal e o molde foi explorado através da análise térmica experimental e confrontado com o Modelo de Schwarz Modificado (MSM). Para comprovar experimentalmente os fenômenos previstos no MSM tais como: superesfriamento aparente, posição das interfaces líquido-superaquecido/líquido- superesfriado e da sólido/líquido durante a solidificação foram realizados experimentos com alumínio puro, gálio puro e estanho. Para a análise térmica foram utilizados dois sistemas de solidificação vertical descendente (Griffiths et al., 1993; Jinho et al., 1996; Jamgotchian et al., 1987). O sistema A e o sistema B, sendo que o sistema B também permitia a solidificação vertical ascendente. Em ambos os casos, o fluxo de calor foi direcionado através de uma barra de alumínio (na temperatura ambiente) que foi inserida verticalmente no banho (técnica do “dedo frio”). A barra extrai calor do líquido em função da diferença de temperatura entre a massa líquida e a massa sólida e simula o choque térmico do metal líquido com as paredes de um molde. Os resultados experimentais e os obtidos pela simulação foram confrontados. Apresenta-se a relação experimental entre o superesfriamento e a taxa de solidificação. Discute-se o redimensionamento da Ti (temperatura de interface) na solução de Schwarz e a comprovação experimental da solução do MSM. / The production of casting with low level of defects and adjusted mechanical properties can be obtained with the previous knowledge of the metal solidification behavior. The transference of heat between the metal-liquid and the mold, in the first instants of the contact, compromises definitively the mechanical properties and the final product quality. The behavior of the transference of heat between the metal and the mold was carried out through the experimental thermal analysis and the results were compared with the Modified Schwarz Model (MSM). To experimentally prove, the cooled phenomena in the MSM such as: apparent supercooling, liquid superheated/liquid supercooled interfaces position and of the liquid/solid during the solidification experiments had been carried out with pure aluminum, pure gallium and tins. Two systems A and B, one of descending vertical solidification and another one of descending and ascending solidification, had been used for the thermal analysis. In both systems, the heat flow was directed through a bar of aluminum (in the ambient temperature) that was inserted vertically in the bath (“cold finger” technique). The bar extracts heat of the liquid, had the difference of temperature between the liquid mass and the solid mass, and simulates the thermal shock of the metal with the mold walls. The experimental results were compared with simulated data. In this work are presented experimental relation between the supercooling and the rate of solidification. The new dimension of the Ti (temperature of interface) in the Schwarz equation and the experimental evidence of MSM solution, are considered.

Os compostos semicondutores ternários, dentre eles o Ga1-xInxSb, têm sido objeto de interesse de pesquisadores e da indústria microeletrônica devido à possibilidade de ajuste da constante de rede, assim como a correspondente modificação da banda proibida de energia e do intervalo de emissão e absorção óptica, com a variação da fração molar de x. A flexibilidade destas propriedades estruturais torna este composto apropriado como substratos para epitaxias de outros compostos ternários e quaternários, na formação de mono e heterojunções. A maneira mais econômica para obtenção de substratos de materiais semicondutores é através do crescimento de cristais a partir da fase líquida. Porém, os parâmetros que regem a obtenção de lingotes de Ga1-xInxSb com qualidade comercial, a partir da fase líquida, ainda não estão bem definidos. O índio tende a segregar para o líquido, pois seu coeficiente de segregação é menor que a unidade (k < 1), resultando num perfil composicional variado ao longo do lingote. Como os binários GaSb e InSb apresentam configurações de defeitos intrínsecos que originam condutividades de tipos opostos, tipo p e tipo n, respectivamente, a mudança na composição da liga, durante o crescimento, provavelmente resulta na modificação da concentração de cada um destes defeitos. A dopagem com telúrio consiste numa alternativa para minimizar a segregação do índio e diminuir a densidade dos defeitos pontuais, melhorando a qualidade estrutural de cristais de Ga1-xInxSb obtidos através do método Bridgman convencional. Desta forma foram crescidos cristais ternários Ga1-xInxSb, com e sem agitação do líquido durante a síntese, com fração molar inicial de índio de 10% e 20%, alguns deles dopados com 1020 átomos/cm3 de telúrio, pelo método Bridgman vertical. A caracterização estrutural em termos de formação de defeitos lineares, interfaciais e volumétricos foi realizada através de imagens obtidas por microscopia óptica, eletrônica de varredura e de transmissão. A homogeneidade composicional e distribuição de fases foi avaliada através de medidas de espectroscopia por dispersão de energia. Medidas de resistividade e efeito Hall foram utilizadas para a caracterização elétrica, enquanto que a transmitância óptica e a banda proibida de energia foram avaliadas por espectrometria FTIR. Os padrões de difração obtidos através da microscopia eletrônica de transmissão foram utilizados para avaliar a cristalinidade das amostras e determinar o parâmetro de rede. Os resultados obtidos indicam que o telúrio atua de forma compensatória, minimizando a segregação de índio e contribuindo para a homogeneidade composicional e redução de defeitos, principalmente de discordâncias. Além disso, altera a condutividade do Ga1-xInxSb para tipo n, mesmo em frações molares de In inferiores a x = 0,5, diminuindo o número de cargas positivas na rede atribuídas aos defeitos tipo GaSb e VGaGaSb e, desta forma, aumenta a concentração de portadores de carga e reduz a resistividade. Na condição de alta dopagem, reduz a transmitância óptica no infravermelho e aumenta a banda proibida de energia através do efeito Burstein-Moss. A avaliação de cristais de Ga1-xInxSb, dopados e não dopados, crescidos pelo método Bridgman convencional contribuiu para o entendimento do comportamento de dopantes em compostos semicondutores ternários. / Ternary compound semiconductors, including Ga1-xInxSb, have been subject of interest of researchers and microelectronics industry because of the possibility of adjusting the lattice constant, as well as the corresponding modification in the band gap energy, and in the optical absorption and emission range, by varying the mole fraction x. The flexibility of their structural properties makes this compound suitable as substrates for epitaxy of other ternary and quaternary compounds, in the formation of mono- and heterojunctions. The most economical way to obtain semiconductor substrates is by crystal growth from the liquid phase. However, the parameters governing the outcoming of Ga1-xInxSb ingots with commercial quality, from liquid phase, are not well defined. Indium tends to segregate to the liquid, since its segregation coefficient is less than the unity (k < 1), resulting in a varied compositional profile along the ingot. As the binary GaSb and InSb have intrinsic defects configurations that originate opposite conductivities, type p and type n, respectively, the change in the alloy composition, while growing, probably results in a modification of the concentration on each of these defects. Doping with tellurium is an alternative to minimize the indium segregation and decrease the density of point defects, therefore improving the structural quality of Ga1-xInxSb crystals obtained through the conventional Bridgman method. Thus, ternary Ga1-xInxSb crystals were grown by vertical Bridgman method with and without stirring the melt during the synthesis, with 10% and 20% initial molar fraction of indium and some of them were tellurium-doped at 1020 atoms/cm3. The structural characterization regarding linear, interfacial, and volumetric defects formation was performed by using images obtained through optical, scanning and transmission electron microscopy. The compositional homogeneity and phase distribution was assessed by energy-dispersive spectroscopy measurements. Resistivity and Hall Effect measurements were used for the electrical characterization, while the optical transmittance and the band gap energy were examined by FTIR spectroscopy. Diffraction patterns obtained by transmission electron microscopy were used to evaluate the crystallinity of the samples and determine the lattice parameter. The results indicate that tellurium acts in a compensatory way, minimizing indium segregation and contributing to the compositional homogeneity and defect reduction, especially in dislocations. In addition, it changes the conductivity of Ga1-xInxSb to n-type, even in mole fraction of In lower than x = 0.5, reducing the number of positive charges on the network assigned to GaSb and VGaGaSb defects, thus increasing the concentration of charge carriers and reducing the resistivity. In high doping condition, it reduces the optical transmittance in the infrared region and increases the energy of the band gap by the Burstein-Moss Effect. The evaluation of Ga1-xInxSb crystals, doped and undoped, grown by the conventional Bridgman method contributed to the understanding of dopants behavior in ternary compound semiconductors.

Les conditions de solidification de la matière au cours d’une opération de soudage sont très particulières. Le phénomène se produit en effet à des vitesses de croissance de grains élevées, en présence de forts gradients de températures, et surtout de forts écoulements dans le bain liquide, qui peuvent modifier les mécanismes de solidification.Le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la compréhension des couplages pouvant exister entre écoulements et mécanismes de solidification, en relation avec les paramètres de soudages, à l’échelle macroscopique du bain, mais aussi à l’échelle microscopique des grains en cours de solidification.Une étude expérimentale est menée, basée sur l’observation in-situ d’un bain liquide traversant généré sur une tôle mince d’alliage Cu30Ni à l’aide d’une torche de soudage TIG (Tungsten Inert Gas), dans deux configurations :une configuration statique générant un bain de fusion axisymétrique, et une configuration en translation générant une ligne de fusion.Pour chaque configuration, la morphologie du front de solidification et les écoulements autour du front sont observés à l’échelle microscopique à l’aide d’une caméra rapide équipée d’un objectif à fort grossissement.A l’échelle macroscopique, le bain dans son ensemble est observé à l’aide d’une caméra infra-rouge et de deux caméras filmant dans le visible.La première permet d’obtenir le champ de température dans le solide sur la face envers, tandis que les deux autres permettent de déterminer la frontière du bain sur les faces supérieure et inférieure.Les observations synchronisées ont permis d’extraire une grande quantité de données permettant de discuter les interactions entre mécanismes de solidification et écoulements pour plusieurs conditions de soudage.Pour finir, les résultats expérimentaux sont confrontés aux résultats issus de modélisations analytiques et numériques, afin de discuter la validité de ces modèles et de tenter de mieux comprendre les analyses. / In welding processes, solidification is very specific. This phenomenon leads to high grain growth rates, in presence of high temperature gradients and strong fluid flows in the liquid, that can change the solidification mechanisms.This work investigates the coupling between fluid flows and solidification mechanisms, related to welding parameters, at weld pool scale (macroscale) and at grains scale (microscale).An experimental study is carried out, based on in-situ observations of a fully penetrated weld pool, generated on a thin Cu30Ni plate with a GTAW torch in two configurations :a static configuration generating an antisymmetric weld pool and a translating configuration generating a weld bead.For each configuration, the solidification morphology and the fluid flows in the solidification front area are observed at microscopic scale, with a high speed camera coupled with a high magnification lens.At macroscopic scale, the whole weld poll is observed with an infra-red camera and two cameras in visible range.We can then obtain on one hand the temperature field on the bottom of the plate and on the other hand the weld pool boundaries on the top and the bottom of the plate.The synchronised observations give access to an important quantity of data allowing the discussion of the interactions between solidification mechanisms and fluid flows for several welding conditions.Finally, the experimental results are compared to theoretical results obtained from analytical and numerical simulations, in order to discuss the possible limitations of models and try to better understand the analysis.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:40Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2009-12-18Bitstream added on 2014-06-13T20:46:43Z : No. of bitstreams: 1 alves_lhd_dr_guara.pdf: 2379670 bytes, checksum: 1a59c87cd9293dbd93fa101676adf89e (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O grande número de variáveis envolvidas no processo de fundição de aço o torna muito susceptível a ocorrência de defeitos relacionados à solidificação como rechupes e poros, que elevam o custo de fabricação devido ao sucateamento e retrabalho de peças. Explorando oportunidades neste cenário, esta Tese de Doutorado, desenvolvida dentro do ambiente industrial de uma fundição de aço propõe um modelo matemático capaz de predizer a combinação de níveis de variáveis de processo que minimizam a ocorrência de rechupes e poros relacionados à solidificação em peças fundidas em aço ABNT 1030, moldadas em areia com aglomerante químico e vazamento por gravidade. Empregou-se, no desenvolvimento do trabalho o Planejamento Estatístico de Experimentos com fatorial fracionado na fase exploratória e o método de Taguchi para validação final e desenvolvimento do Modelo matemático. Na fase de validação, utilizou-se um arranjo ortogonal L16 com quatro réplicas. Na fase exploratória, avaliou-se o volume de defeito em uma peça de produção normal da fundição. Na fase de validação, desenvolveram-se corpos de prova em forma de cubo, vazados sem alimentação. Depois de produzidos, os corpos de prova passavam por ensaio de ultrassom para identificação e localização do defeito e corte de serra, para posterior medição do volume do defeito. O sistema de medição foi validado por meio de um estudo de Análise do Sistema de Medição – MSA GR&R. Os resultados dos experimentos mostraram uma grande diferença entre a contração teórica prevista na literatura de 5,5% para o aço estudado para 2% determinado experimentalmente. As variáveis que mais influenciaram no tamanho do defeito foram: o percentual de carbono queimado no processo de elaboração do aço, percentual de alumínio na liga, percentual de óxido de ferro na areia de moldagem e a interação entre... / The number of variables involved in the steel foundry process makes it susceptible to the occurrence of defects related to the solidification, like shrinkages and pores. This charge the foundries scrap and rework costs. Exploring the opportunities at this context, this Thesis, developed inside an industrial environment of a steel foundry, purposes a mathematic model capable to predict the combination of levels of variables that minimizes the occurrence of shrinkage and pores in carbon steel cast parts, through no-bake sand molding and gravity pouring processes. Statistical Design of Experiments with fractional and factorial at the screening step and Taguchi Method for the final validation and development of the mathematic model were used. A L16 orthogonal array with four replicates was used in the validation step. The defect volume inside a regular cast part was evaluated in the screening step. In the validation step, cube form specimens were designed, poured without feeders and ultrasound tested to bound the defect then saw cut to measure the defect’s volume. In order to the validation of the measurement system, a MSA – Measurement Systems Analysis and Gauge R & R - Gauge Repeatability and Reproducibility were used. The experiments results shown a considerable difference between the theoretical expected contraction, 5.5%, and the 2% experimentally determined. The variables that influenced the defect size the most were: the carbon drop in the steel making, the Aluminum content of the alloy, the Black Iron Oxide content of the molding sand and the interaction between the pouring temperature and the carbon drop. The mathematic model was validated by experiments, which showed a good performance in the prediction of defects.

O presente estudo teve como objetivo a obtenção de equações empíricas permitindo a correlação da morfologia estrutural de aços com os parâmetros de solidificação: variação dos espaçamentos dendríticos secundários com a posição (l2xP) e variação dos espaçamentos dendríticos secundários com as taxas de resfriamento (l2x •T), como também o desenvolvimento de uma metodologia para determinação do início de transição colunarequiaxial e sua relação com a seção e composição química do aço. Para isso foram utilizadas técnicas de metalografia e um sistema de aquisição de imagens para a análise de macro e microestrutura (transição colunar-equiaxial, espaçamentos dendríticos secundários), de aços especiais obtidos por lingotamento contínuo. Foram selecionadas amostras retiradas de lingotes com três diferentes seções: 150x150mm, 180x180mm e 240x240 mm, englobando aços com diferentes valores de carbono equivalente, totalizando nove qualidades analisadas. Simulações foram geradas empregando um software do lingotamento contínuo (InALC), obtendo-se resultados das condições de solidificação em relação a taxas de resfriamento ( •T), para os parâmetros operacionais (composição química, velocidades e temperaturas de lingotamento). As equações dos parâmetros microestruturais obtidas experimentalmente foram implementadas no software InALC+, permitindo simulações também com previsão estrutural para os aços analisados. Pode-se concluir que o aumento da seção proporcionou maiores zonas colunares, independente da composição química dos aços, e que para um teor de carbono equivalente de 0,11%Ceq observou-se uma relação direta e linear entre os valores de início de TCE, tamanho da seção e taxa de resfriamento. As equações para EDS em função da distância para aços com valores de Ceq iguais apresentaram maiores valores na seção de 240 mm e 180 mm, seguidos pela seção de 150 mm. Nas equações de EDS em função da taxa de resfriamento simulada para aços com valores de Ceq iguais a 0,11%Ceq, os maiores valores de EDS ocorrem na seção 150mm, seguido pela seção 240mm e 180mm. Na comparação dos aços com valores de carbono equivalente em torno de 0,40%Ceq, o valor de EDS apresentou um aumento em função do aumento das seções. Em comparação a aços de mesma seção, as equações apresentaram um aumento do valor de EDS em função do aumento do Ceq. / The objective of this study was to obtain empirical equations permitting the relationships between as-cast structural morphology and solidification conditions: variation of the secondary dendrite arm spacings with positions (l2xP), variation of the secondary dendrite arm spacings with cooling rates (l2x • T ), as well as to develop a methodology to determine the start of the colunar-equiaxed transition and its correlation with mold section and chemical composition of the steel. Metallographic techniques and image acquisition system were used to analyze both macrostructures and microstructures (colunar-equiaxed transition and secondary dendrite arm spacings) of special steels produced by continuous casting. Transversal specimens were cut from the solidified ingots with different sections: 150x150mm, 180x180mm e 240x240mm, and with different equivalent carbon, totalizing nine steel types. Based on a heat transfer and solidification mathematical model of the continuous casting process (InALC+), results have been developed correlating the cooling rates as a function of operational parameters (chemical composition, casting speed and casting temperature). The correlation of these expressions with experimental equations relating dendrite spacings and colunar-equiaxed transition were implemented into the InALC+ software, providing an insight into the preview of structural characteristics for special steels. It can be concluded that the increasing of the section lead to bigger columnar zones, independent of the chemical compositions of the steels, and for 0.11%Ceq it was observed a direct and linear relation between the initial of the columnar-equiaxed transition, strand section and cooling rate. The expressions for SDAS in function of the distance for steels with equals Ceq presented bigger values for 240 and 180 mm, followed by 150 mm. In the expressions for SDAS in function of the simulated cooling rate for steels with 0.11%Ceq the bigger values were observed to 150 mm followed by 240 and 180 mm. In the comparison between the steels with 0.40% Ceq the SDAS values presented an increase in function of the increase of the section. For the same section the expression presented an increase in the SDAS value in function of the increase of the Ceq.

Submitted by Claudinei Pracidelli (cpracide@ipen.br) on 2015-04-10T14:26:55Z No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2015-04-10T14:26:55Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutorado em Tecnologia Nuclear) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2015-04-01T12:17:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2728849 bytes, checksum: 473329771da433558aad326b78ebbb89 (MD5) Previous issue date: 2013-09-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A model was used to simulate solute distribution during rapid solidification of a system Ag-15%massCu with initial undercooling of 5 K, 10 K and 30 K. Boettinger et al (1987) measured the microsegregation profile in Ag-Cu alloys superficially treated with a focused electron beam (resolidification). In that work, they found an irregular variation for Cu concentration in cross sections of the resolidified microstructures. In some cases, the profile of concentration versus radius presented a W shape. Current models of microsegregation predict a monotonic variation the concentration depending on the cell radius, which are apparently not in accordance with the acquired measurements. The present study used a numeric model to evaluate the solidification of Ag-Cu alloy under same conditions to the Boettinger´s experiment. Numerical results are for a metallic spherical drop, initially liquid, cooled by convection. Solidification starts in the center of the droplet in a given undercooling. The algorithm used here is based on a model in volumetric average of the quantities and the balance equations in a representative elementary volume for treating a solid/liquid mixture. Inside the droplet transport of energy and mass are repurely diffusive processes of average quantities. The algorithm used permitted a global analysis of the phenomena occurring during the solidification process, as well as a local analysis of the quantities involved, which has been shown to be a prerequisite for the prediction of non-monotonic profiles of microsegregation, such as those measured in the experiment mentioned above. / Foi utilizado um modelo para simular a distribuição de soluto durante a solidificação rápida de um sistema Ag-15%Cu com superresfriamentos iniciais de 5 K, 10 K e 30 K. Boettinger et al (1987) mediram o perfil de microssegregação em ligas Ag-Cu tratadas superficialmente com um feixe de laser (resolidificação). Nesse trabalho, os autores constataram uma variação irregular para a concentração de cobre em seções transversais de células nas microestruturas resolidificadas. Em alguns casos um perfil de concentração ao longo do raio em forma de W foi medido. Os modelos de microssegregação atuais, em geral, preveem uma variação monotônica da concentração em função do raio da célula, o que aparentemente não está de acordo com as medições obtidas. No presente trabalho, foi usado um modelo numérico para avaliar a solidificação de uma liga Ag-Cu em condições análogas às do experimento de Boettinger. Os resultados numéricos são para uma gota metálica esférica, inicialmente líquida, resfriada por convecção. A solidificação tem início no centro da gota em um superresfriamento dado. O algoritmo usado foi desenvolvido previamente para um modelo baseado na tomada de médias volumétricas das grandezas e das equações de balanço descritivas em um volume elementar representativo para tratar com uma mistura sólido/líquido. No interior da gota, os transportes de energia e massa são processos puramente difusivos de grandezas médias. O algoritmo usado permite não apenas uma análise global dos fenômenos que ocorrem durante o processo de solidificação, mas também uma análise local das grandezas envolvidas, o que demonstrou ser condição necessária para a previsão dos perfis não monotônicos de microssegregação, tais como os medidos no experimento mencionado acima.