Solidificação de metais e formação da estrutura interna de grãos

Fabricação de metais e ligas Metais/ ligas Forma final Fundição Forma semifinal Confor-mação* Forma final *Forjamento, laminação, extrusão, trefilação

Em termos de metalurgia física A fusão ocorre quando a energia de vibração dos átomos por conta do aumento da temperatura supera a energia envolvida na ligação química entre os átomos. No estado líquido não há ordem a longa distância (não há sistema cristalino) e as ligações entre os átomos é fraca do tipo Van der Waals

Curva esquemática de resfriamento

Curvas de resfriamento de Alumínio em três moldes diferentes com três velocidades diferentes.

Solidificação de alguns metais Metal Temperatura de solidifi-cação (°C) Calor de solidificação (J/cm3) Energia superficial (J/cm210-7) T de sub-resfriamento máximo (°C) Pb 327 -280 33.3 80 Al 660 -1066 93 130 Ag 962 -1097 126 227 Cu 1083 -1826 177 236 Ni 1453 -2660 255 319 Fe 1535 -2098 204 295 Pt 1772 -2160 240 332

Processo de nucleação e crescimento Contornos de grão Líquido Líquido Núcleos Grãos Cristais que formarão grãos

Mecanismos de nucleação Nucleação homogênea Próprio metal fornece átomos para formar núcleos Subresfriamento usualmente de centenas de graus Celsius Nucleação heterogênea Presença de agentes nucleantes: superfície do recipiente, impurezas insolúveis, ou material estrutural Prática industrial: subresfriamento de 0,1 a 10°C

Raio crítico do núcleo do cobre

Processo de solidificação-Formação dos grãos

Processo de solidificação-Formação dos grãos Os grãos são formados no início do processo de solidificação a partir de pequenos agrupamentos de átomos chamados de núcleos. Cada núcleo da origem à um grão com crescimento cristalográfico em direção diferente de seus vizinhos. Quando resta pouco líquido e os diferentes grãos começam a se encontrar,formam o contorno de grão. O contorno de grão é uma região de 2 a 10Ǻ, desordenada, sem uma estrutura cristalina definida.

Estruturas de grão Grãos equiaxiais Grãos colunares Crescimento de cristais aproximadamente igual em todas as direções Solidificação rápida Usualmente adjacentes a parede fria do molde, (zona Chill, ou coquilhada) mas podem aparecer no centro do lingote também dependendo do tamanho do molde e da velocidade de resfriamento Grãos colunares Longos, finos, grosseiros Solidificação relativamente lenta em gradiente de temperatura Perpendiculares à parede fria do molde

Estruturas de grão

Grãos colunares em um lingote de alumínio fundido:reativo de Tucker

Frente de solidificação com crescimento dendrítico

Formação do vazio após a solidificação: Em geral os sólidos apresentam menor volume que os líquidos, ocorrendo uma contração durante a solidificação

Efeito da segregação em uma barra de aço fundida: O soluto, em geral, é mais solúvel no líquido que no sólido. As últimas partes a solidificar tendem a ficar mais impuras. Regiões interdendríticas e o centro do lingote

Localização esquemática da segregação

Classificação dos grãos dos aços Os Grãos dos aços são classificados segundo norma ASTM. Utiliza-se padrões de 1 a 10 que devem ser comparados com a amostra de aço com 100 X de aumento. Padrão 1 grãos grandes Padrão 10 grãos pequenos pois: Números de grãos/polegada quadrada a 100X de aumento = 2 n-1 onde n é o número ASTM

Classificação ASTM para grãos de aço Classificação ASTM para grãos de aço. Padrões para 100 X de aumento da amostra

Como atua o reagente químico na micrografia