A.S.DOliveira

SOLIDIFICAO

A.S.DOliveira

Solidificao

L

G1

L

S

G2 = G1+G

T

G

T Tf

T

Gv

Gslido

Glquido

Temperatura de fuso = T de solidificao?

interface

A.S.DOliveira

Solidificao

Nucleao homognea

G2=VSGv+ VLGV +ASLSL

Para uma particula esfrica:

Gr=-4/3r3 Gv + 4 r

2 SL

Para reduzir energia do sistema:

r* = ncleo crtico:

ncleo < r* reduo; ncleo>r* crescimento

TL

Tr

S

m

2*

LS = calor latente de solidificao

Tm = temperatura de fuso

= energia livre da superfcie

T = Tm - T = super-resfraimento

r* = raio critico

A.S.DOliveira

Solidificao

Raio critico r* diminui com o aumento de T

Quanto maior o super-resfriamento menor sero r* e Gv*

Efeito do super-resfriamento sobre o raio critico

A.S.DOliveira

Solidificao

Taxa de nucleao

Depende do nmero de aglomerados de tomos com raio r e

da frequncia com um tomo se agregam a este aglomerado

necessrio um super-

resfriamento mnimo para

que se inicie a nucleao

A.S.DOliveira

Solidificao

Nucleao Heterognea

Condio necessria para que

a nucleao seja eficiente:

SI < IL + SL

No equilibrio:

IS = IL + (SL cos )

0 < 90 no .

Ocorrendo molhabilidade, um ncleo com um raio de curvatura igual ao raio critico em nucleao homognea pode

ser formado a partir de um nmero muito menor de tomos do

que seria necessrio para a formao de um ncleo livre no

seio do lquido.

super-resfriamento necessrio para

a nucleao heterognea muito

menor do que o necessrio para a

nucleao homognea.

Ghet=VSGv+ASLSL+ASISI -ASLSL

A.S.DOliveira

Solidificao

Nucleao homognea vs nucleao heterognea

Variao de energia livre para o mesmo r*

Taxa de nucleao

A.S.DOliveira

Solidificao

Solidificao:

- nucleao

- crescimento

Tem

pera

tura

slido lquido

Tem

pera

tura

slido lquido a) b)

A.S.DOliveira

Solidificao Crescimento do slido depende da interface:

Lisa (no metais) atomicamente plana e compacta

Rugosa (metais) transio L/S gradual em vrias camadas atmicas; aumento da desordem e enfraquecimento gradual da ligao entre os tomos

Nucleao na

superfcie Crescimento em espiral

Crescimento lateral

Influncia do super-resfriamento

da interface S/L na taxa de

crescimento para diferentes

interfaces

A.S.DOliveira

Solidificao

Crescimento influncia do escoamento de calor

Crescimento planar

Crescimento no planar

A.S.DOliveira

Crescimento dendritico

Crescimento no planar

Solidificao

A.S.DOliveira

Solidificao Crescimento em ligas metlicas

Desenvolvimento de dendritas

Segregao do soluto

A.S.DOliveira

Solidificao Solidificao de ligas:

Em Equilbrio

Sem difuso no slido e mistura perfeita no liquido (queda gradual de T do liq)

Sem difuso no slido e difuso no liquido

A.S.DOliveira

Desenvolvimento de dendritas

Segregao do soluto no

desenvolvimento de dendrtas

Dendritas de um sistema Ni-Al

Jos Eduard/oUnicamp

Solidificao

A.S.DOliveira

Solidificao

Crescimento celular

A.S.DOliveira

Solidificao

Efeito do super-resfriamento

constitucional na morfologia de

solidificao.

A.S.DOliveira

Solidificao

Formao de uma estrutura dendritica Relao com a estrutura de gro

Resistncia mecnica proporcional ao espaamento entre

braos secundrios das dendritas

A.S.DOliveira

Solidificao

Formao de gros em um metal fundido

A.S.DOliveira

Solidificao

Crescimento dendritico em um sistema euttico Al-Ni

Com autorizao de Jos

Eduardo/Unicamp

A.S.DOliveira

Solidificao

Microestrutura de solidificao no equilibrio e resfriadas

fora do equilibrio?

A.S.DOliveira

Solidificao

Liga hipo-euttica

A.S.DOliveira

Solidificao

Liga perittica

A.S.DOliveira

Solidificao

A.S.DOliveira

Solidificao

Solidificao euttica L -> +

Euttico divorciado volume de uma das fases muito pequeno

Euttico lamelar

A.S.DOliveira

Solidificao

Solidificao de lingotes

Zona

equiaxial

Zona

colunar

Zona

coquilhada

A.S.DOliveira

Solidificao

Solidificao em soldagem Solidificao em soldagem/vazamento continuo

Taxa de aporte de calor (depende do processo de

soldagem e da dimenso da solda; ou do volume e

temperatura do fundido, q

Velocidade do arco; velocidade de retirada do tarugo, v

Condutividade trmica do metal sendo soldado ou

fundido, Ks

Espessura da placa sendo soldada ou fundida, t

A.S.DOliveira

Solidificao em soldagem

Solidificao

Os parmetros Ks, v, t e q iro determinar a

morfologia da solidificao

Condutividade

Velocidade

espessura

A.S.DOliveira

Solidificao

Solidificao em soldagem

Crescimento normal as isotermas;

ajuste a velocidade da fonte de calor

Diluio

Alterao da composio quimica

Remoo da camada de xido do

metal base

Resfriamento da poa de fuso

A.S.DOliveira

1. Crescimento epitaxial

2. Crescimento lento com estrutura planar seguida de estrutura celular fina

3. Crescimento celular dendritico resultando em estruturas colunares grosseiras

4. No final, no centro do cordo crescimento rpido com grande segregao

Solidificao

Solidificao em soldagem

Efeito da velocidade

Relao entre velocidade de crescimento e

velocidade de soldagem

Crescimento mais rpido no centro e mais lento

nas bordas

Cristais tendem a seguir o gradiente de T mais severo

A.S.DOliveira

Considere as aletas de turbinas abaixo. Assumindo que todas foram

produzidas com a mesma liga de Ni, descreva como se desenvolvem as 3

estruturas de solidificao

Solidificao

A.S.DOliveira

Solidificao

Ni12wt%Al

Ni30wt%Al

Explique o desenvolvimento das estruturas de solidificao considerando

que o desenvolvimento do composto intermetlico exotrmico