Nucleação e Crescimento de Grãos

8/19/2019 Nucleação e Crescimento de Grãos

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Nucleação e crescimentode grãos na solidificação

de metais

Prof. Manolo L. Gipiela


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CARACTERÍT!CA

Peças fundidas são o"tidas dei#ando$se solidificarum metal l%&uido 'a(ado em um molde cu)a formacorresponde ao negati'o da peça a ser o"tida.

A fundição permite o"ter* de modo econ+mico* peçasde geometria comple#a ,li"erdade de forma-.


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A undição / reali(ada em metais cu)o ponto de fu$são não / demasiadamente ele'ado e o mesmo pos$sua "oa fluide(.

Ligas mais comuns na fundição

erro undido* Alum%nio* Co"re* 0inco* Magn/sioe suas respecti'as ligas.

CARACTERÍT!CA


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P1TENC!AL!2A2E

3. 4antagem econ+mica5Caminho mais curto entre matéria-prima e peça acabada.

6. le#i"ilidade &uanto 7 dimens8es e peso5De algumas gramas até toneladas.

9. Moldagem de formas comple#as5Liberdade de formas (líquido se molda com facilidade).

:. Economia de peso5Pode-se moldar uma peça com a espessura final deseada.

;. Produção em s/rie5!"cil automaç#o.


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Metais=ligas

undição ormafinal

ormasemifinal Processamento

Poss%'eis rotas da fa"ricaçãoutili(ando a undição

orma final


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APECT1 GERA! 1>RE1L!2!!CA?@1

!mportncia da olidificação

al'o rar%ssimas e#ceç8es todos os produtos metBlicos passam necessariamente pelasolidificação em algum estBgio de sua o"tenção.

na fundição de metais &ue a solidificaçãoencontra seu mais 'asto campo de aplicação.


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Na fundição* a solidificação do metal ocorre*geralmente* em poucos segundos.

um tempo muito "re'e no processo produti'ode uma peça* mas / o Dcoração do processo.

e estes poucos segundos de solidificação não

forem "em controlados e'entuais defeitos defa"ricação podem surgir in'ia"ili(ando autili(ação da peça produ(ida.



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Fm material metBlico ao passar do estado l%&uidopara o estado slido ,e 'ice$'ersa- sofre uma

drBstica mudança de 'iscosidade.

Ao se fundir os materiais metBlicos tHm sua'iscosidade aumentada em apro#imadamente

3II.III.III.III.III.III.III# ,cem &uin&ualJ8esde 'e(es-.



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Na solidificação de um metal tem$se a formação de*geralmente* 'Brios nKcleos cristalinos en'ol'idosem um l%&uido &ue possui nature(a amorfa.

NKcleo atomicamente

ordenado ,cristal-.

L%&uido atomicamente

desordenado ,amorfo-.

Li&.

Li&. Li&uido

lido lido

T ,C-

Tf T

uper$resfriamento



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Nucleação

3. Nucleação JomogHnea O o nKcleo slido Dnascetotalmente a partir do l%&uido.

6. Nucleação JeterogHnea O o nKcleo slido Dnasceem contato com uma superf%cie slida.



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r cr%tico

Nucleação JomogHnea

NKcleo NKcleo cr%tico



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4 a r i a ç ã o

d a e n e r g i a l i ' r e

4ar. energia li're do 'olume

Raio do nKcleo* r

4ar. energia li're da superf%cie

4ar. energia li'reT1TAL


Energia li're total de um sistema slido$l%&uido com mudança de tamanJodo slido. 1 nKcleo slido de'e ter um raio maior &ue o raio cr%tico para

&ue a solidificação ocorra.



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Na nucleação JomogHnea / necessBrio umsuper$resfriamento t/rmico para se esta"ili(ar um ou

mais nKcleos e então a partir dele,s- ocorrera solidificação.


Material P" Ag Cu Ni e 61Temp. de usão ,oC- &' *' +, +/& +&* ,

uper$resfriamento ,oC- , ', '&* /, /', /,

uper$resfriamento necessBrio para nucleação JomogHnea de alguns materiais.

onte5 2R AsQeland* PP PJul/* CiHncia e EngenJaria dos Materiais ,6II-



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Nucleação JeterogHnea

Em condiç8es prBticas a nucleação / geralmenteJeterogHnea* pois a fase slida se cristali(a mais

facilmente num su"strato pre'iamente solidificado.

1 nKcleo surge comouma calota esf/rica nasuperf%cie do su"stratoapro'eitando a energiasuperficial )B e#istente.



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A nucleação depende daafinidade do material a ser

solidificado e do su"strato.

e S Nucleação U

L%&uido lido

u"strato

1 ngulo / o ngulo demolJamento e estB relacionadocom a afinidade entre os materiais.



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θV 3I

MolJamentonulo

IW W3I

MolJamentoparcial

θV I

MolJamentoTotal



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e o ngulo V 3I

e o ngulo V I

Condição de nucleaçãoJomogHnea.

1 su"strato tem mesma nature(ado material a ser solidificado.

1"s5 Na fundição os moldes tHmnature(a diferente do metal*logo o ngulo terB 'alor entreI e 3I.



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Crescimento da fase slida O Fniforme

lido



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Crescimento da fase slida O Colunar



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2endritas

Crescimento da fase slida O 2endr%tica



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Crescimento da fase slida metal puro

Liga de alum%nio 33II ,XYYZAl-. Re'ela microestrutura de solidificação dendr%tica.

onte5 G. 4an der 4oort. Microstructre of nonferrous allo[s ,6II6-



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2esen'ol'imento da macroestrutura da solidificação

Material metBlico noestado l%&uido a uma

temperatura acima datemperatura de solidi$ficação.

Grãos co&uilJadosGrãos colunares

Grãos e&uia#iais



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24

Grãos E&uia#iais

Região Co&uilJada

Grãos colunares




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Pode$se o"ter macroestruturas di'ersas fa(endo$seo controle ade&uado do processo.



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Para a grande maioria das aplicaç8es dos metais"usca$se otimi(ar as propriedades mecnicas

e tecnolgicas atra'/s de uma microestruturade grãos refinados.

Na fundição isto pode ser o"tido atra'/s docontrole das 'ariB'eis de processo &ue propiciem

um mB#imo super$resfriamento ,uso de moldes me$tBlicos* resfriadores* etc.-.

1 mB#imo de eficBcia / atingido utili(ando$seelementos inoculantes\



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]FET^E

3. 1 &ue / energia li're na solidificação de metais_

6. 1 &ue / nucleação_

9. 2iferencie nucleção JomogHnea e nucleação JeterogHnea.

:. 2efina raio cr%tico.;. 1 &ue / dendrita_ Como se forma_


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http://www.cimm.com.br/portal/material_dida

tico/ 681-nocoes-sobre-a-teoria-de-solidifi

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http://www.cienciadosmateriais.or&/inde'.

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