Fundição De Metais

A solidificação de um metal fundido ocorre em duas etapas: nucleação e crescimento de grão.

A nucleação ocorre quando uma partícula de um sólido é formada dentro do metal líquido. Conforme o material dentro do molde muda de estado, a sua energia interna é reduzida, pois a fase sólida é mais estável que a fase líquida a baixas temperaturas. Dessa maneira, as partículas sólidas dentro do metal fundido possuem uma energia interna menor que a do líquido ao seu redor, o que cria uma energia interfacial entre esses dois componentes. A formação dessas interfaces entre o líquido e as partículas sólidas em seu interior requer uma contribuição de energia proveniente do líquido em resfriamento. Portanto, a nucleação ocorre geralmente com o super-resfriamento do líquido (isto é, resfriamento abaixo da temperatura de fusão do material sem solidificação), o qual retorna à sua temperatura de fusão devido à liberação de calor latente (ver figura 1).

Cada nucleação produz um grão, que começa a crescer conforme calor é continuamente retirado do material fundido e fornecido à fase sólida, senda essa a etapa de crescimento de grão da solidificação. Como metais de grãos pequenos possuem melhor resistência mecânica, é comum em processos de fundição promover intencionalmente a nucleação no material derretido. Para se fazer isso, geralmente são introduzidas impurezas no metal líquido antes de vazá-lo sobre o molde. Essas pequenas partículas sólidas criam diversos sítios de nucleação que promovem a formação de um fundido de grãos finos e uniformes. Essa adição intencional de impurezas é conhecida como refino de grão. Taxas de resfriamento mais rápido durante a fundição usualmente produzem produtos finais com grãos menores e resistência mecânica superior.