Solidificação de metais e formação da estrutura interna de grãos

Apresentação em tema: "Solidificação de metais e formação da estrutura interna de grãos"— Transcrição da apresentação:

1 Solidificação de metais e formação da estrutura interna de grãos

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

3 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

4 Curva esquemática de resfriamento

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

6 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

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

8 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

9 Raio crítico do núcleo do cobre

10 Processo de solidificação-Formação dos grãos

11 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.

12 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

13 Estruturas de grão

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

15 Frente de solidificação com crescimento dendrítico

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

18 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

19 Localização esquemática da segregação

20 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

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

22 Como atua o reagente químico na micrografia