CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ

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CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA

Disciplina: Fundição e Soldagem

Aluno: Murillo Bezerra Almeida Pires

Formação da estrutura dendrítica

Teresina, PI - 2021

Sumário

Introdução        3

Formação da estrutura dendrítica        4

Referência        9

Introdução

Os materiais possuem em sua composição algumas impurezas ou elementos solutos que são distribuídos a partir da superfície de resfriamento, durante a fase de produção do determinando material. Durante o processo, no caso o de solidificação, é imposto um processo de rejeição do soluto presente na liga, que vai depender da sua posição relativa no diagrama de equilíbrio de fases do material, tendo como consequência um movimento associado a transferência de calor que acompanha toda a fase de transformação da liquido para a solido. A distribuição do soluto presente na liga, ocorre a partir da solidificação que pode ser considerada plana quando uma liga for diluída ou sendo um material de pequenas impurezas ou constituída por uma região confinada entre as fases solidus e líquidos dos diagramas, se tratando de uma liga mais concentrada. Em ambos os casos, a forma através da qual os solutos/impurezas são distribuídos é fundamental para as propriedades finais da estrutura bruta de solidificação, onde podem ser obtidos os efeitos de salificação com base na análise da morfologia, observando as células e dentritas existentes.

Formação da estrutura dendrítica

A formação da microestrutura da liga desejada esta relacionada com a estabilidade da fronteira de solido e liquido durante a fase de solidificação. A rejeição do soluto existente na composição, depende do sistema utilizado, assim como a liga, velocidade de resfriamento, gradiente térmico e outros parâmetros.

À medida que o teor de rejeição de soluto da interface solido/liquido aumenta, ocorre uma distribuição não uniforme do mesmo liquido, resultando em uma instabilidade conhecida como super resfriamento constitucional. Essa instabilidade irá apresentar uma mudança na morfologia, deixando de ser plana e desenvolvendo instabilidades na forma de células ou dentritas. (Santos, 2016)

As velocidades baixas de resfriamento ocasionam o crescimento das células de forma perpendicular a interface e na direção a extração do calor do sistema. Se o gradiente de temperatura no liquido é reduzido e a velocidade é aumentada, a célula que estava presente na estrutura passa a sofrer alterações devido a região super resfriada ser estendida. À medida que o a velocidade do crescimento é aumentada ainda mais, a estrutura do liquido em processo de solidificação desenvolve perturbações laterais que são denominadas como estruturas dentrititcas.

A transição entre as estruturas celulares e dendríticas ocorre de forma difusa, ocorrendo a partir do início da influência do fator cristalográfico e terminando quando a direção preferencial é atingida, tendo os braços secundários das dentritas bem definidos no sistema. A passagem para a condição, celular, celular-dendrítica e dendrítica depende das variáveis que compõem o critério de super resfriamento. (Ding et al., 1996/1997)

As distâncias entre centros de células e dos braços dendríticos são definidas como espaçamentos intercelulares e interdendríticos. sendo esses parâmetros de distancias essências para analise dos efeitos de solidificação da microestrutura formada.

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1.                                                           (b)

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             (c)

Figura 1 – Morfologia de interface de crescimento da solidificação - (a) Celular, (b) Dentritica e (c) Celular-Dendrítica. (Trivedi et al., 2003)

Os braços dendríticos secundários formam-se nas extremidades das dentritas, localizadas em suas pontas e apresentando poucas ramificações uniformemente espaçadas. Quando a ponta da dentrita passa a interagir com as estruturas vizinhas, o crescimento dos braços secundários é interrompido e passa a dar início ao engrossamento. (Garcia, 2001)

Como o engrossamento do braço necessita da difusão do soluto, esse processo se torna desprezível a partir do momento que o liquido interdentritico tenha se solidificado.

Muitas das ramificações primarias podem ter crescido do mesmo núcleo e apresentar aproximadamente a mesma orientação cristalográfica, fazendo assim parte do mesmo grão, desse modo é considerado apenas com uma única dentrita. 

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Figura 2 – Esquema de processo de engrossamento dos braços dendríticos secundários. (Garcia, 2001)

Um modo de determinar os efeitos causados pela solidificação sobre as estruturas, consistem em medir os espaçamentos celulares e dendríticos, medindo a distancia entre as células, os braços dendríticos primários e secundários ou de maior ordem.

Com base em muitos estudos microestruturais, foi constatado uma grande importância no estudo da estrutura das ligas, pois os parâmetros relacionados ao espaçamento celular e dendríticos, exercem influencias significativas sobre as propriedades mecânicas da liga solidificada, onde um espaçamento menor, concede uma infraestrutura mais uniforme, favorecendo um bom comportamento mecânico

Grande parte dos modelos teóricos de crescimento celular e dendrítico existentes na literatura foram elaborados para condições de fluxo de calor em regime permanente, alguns modelos serão sintetizados a seguir, (Santos, 2016):

Modelo de Hunt (H) – Esse modelo descreve uma variação da temperatura na ponta da célula ou da dendrita com a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (VL) e o gradiente térmico à frente da liquidus (GL). A equação que define o modelo teórico de Hunt e que correlaciona os espaçamentos celulares ou dendríticos primários com esses parâmetros térmicos da solidificação, é dado por:

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Onde:

λ1,c: espaçamentos celulares e dendríticos primários [m];

mL: inclinação da linha liquidus [K / % em peso];