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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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufpa.br:2011/5558 |
| Date | January 2011 |
| Creators | MOUTINHO, Andréa Moreira |
| Contributors | MOREIRA, Antonio Luciano Seabra |
| Publisher | Universidade Federal do Pará, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, UFPA, Brasil, Instituto de Tecnologia |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPA, instname:Universidade Federal do Pará, instacron:UFPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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