Solidificao

Super-resfriamento constitucional

No caso de ligas e metais impuros importante identificar a influncia doselementos dissolvidos e das impurezas no grau de super-resfriamentoproduzido durante o processo de solidificao. A causa deste super-resfriamento reside na rejeio do soluto pela fase slida, enriquecendoconseqentemente a fase lquida junto interface.

Solidificao

Na segunda situao figura b) o gradiente de temperatura suficientemente baixo para provocar situao, um pequeno grau de superesfriamento constitucional, levando a um crescimento colunar.

A figura a seguir esquematiza trs situaes diferentes onde a temperatura do lquido varia com a distncia interface, em conseqncia do acumulo de soluto. Quando o gradiente de temperatura elevado, figura a), no ocorre super-resfriamento constitucional e o crescimento planar.

J no ltimo caso, figura c), o gradiente de temperatura baixo mas o superesfriamento constitucional elevado, obtendo crescimento dendrtico.

Temperaturas no lquido

Solidificao

Quando a solidificao termina, todas as dendritas que se formaram a partir de um mesmoncleo formam um gro/cristal. A desorientao cristalogrfica entre os braos das dendritas de apenas alguns graus e acomodado por contornos de gro de baixo angulo, queconsistem de arranjos de discordncias. J os cristais so separados por contornos de grode alto angulo, apresentando uma desorientao de pelo menos 10. Quando a solidificaotermina, todas as dendritas que se formaram a partir de um mesmo ncleo formam umgro/cristal. Assim o tamanho de gro de um metal fundido determinado pelo nmero delocais de nucleao, enquanto que a granulometria da estrutura dendrtica definida pelataxa de solidificao, j que esta controla o grau de super-resfriamento constitucional.

Diagramas binrios monofsicos

Diagramas binrios monofsicos

Gradientes de concentraodevido a Segregao dendrtica

estrutura zonada CoringPrejudica as propriedadesmecnicas, regies dos contornosdos gros iro fundir em primeirolugar, j que so ricas em termosdo componente de menor pontode fuso.

Pode ser eliminada portratamento trmico dehomogeneizao a temperaturaabaixo do ponto solidus.

Ligas binrias bifsicas

Sistemas eutticos binrios

Sistemas eutticos binrios

50% chumbo 50% estanho fase alfa rica em chumbo eestrutura eutetica lamelar

Macroestruturas de solidificao

Seo retangular Seo cilndrica

Zona colunar: Regio de gros alongados, orientados na direo de extrao de calor. Os grosda zona coquilhada que possuem as direes cristalinas de maiores velocidades de crescimentoalinhadas com a direo de extrao de calor, apresentam acelerao de crescimento. Estaacelerao gera gros alongados que compem a zona colunar, situada na posio intermediriaentre a parede e o centro do molde.

Zona Coquilhada: Os gros da zona coquilhada tendem a crescer na direo oposta a da extrao de calor, porm algumas direes cristalinas apresentam maior velocidade de crescimento que outras.

Zona Equiaxial: Regio de pequenos gros formados no centro do molde como resultado

da nucleao de cristais ou da migrao de fragmentos de gros colunares (arrastados

para o centro por correntes de conveco no lquido). Nesta regio, os gros tendem a ser

pequenos, equiaxiais e de orientao cristalina aleatria.

Zona Equiaxial:

Solidificao de Metais

Defeitos originados na solidificao

Macroporosidades

Resultado de uma alimentao de metal lquido inadequada:

Microporosidade

Gases: A presenas de gases no metal lquido que no esto

diretamente relacionados com a composio qumica da liga(ex: hidrognio proveniente da umidade do meio ambiente)pode provocar a formao de microporosidades por diferenade solubilidade desses gases nas fases lquidas e slidas:

H2O +2/3 Al 1/3 Al2O3 + 2H nucleao de bolhas de hidrognio

Outros gases que geralmente esto presentes no lquido: oxignio enitrognio

Microporosidades - Bolhas

Microporosidades outras causas de bolhas

Aprisionamento de ar pela corrente de metal lquido durante o vazamento no molde;

Gerao de gs atravs de reaes do metal lquido com o material do molde ou do recobrimento de moldes:

Reaes qumicas que ocorrem no metal lquido durante a solidificao, como por exemplo a evoluo de monxido de carbono na fundio de aos dada por:

Microporosidades

O metal lquido flui atravs dos canais interdendrticos para compensar acontrao do metal durante a solidificao, mas a complexidade da rededendrtica provoca uma queda de presso dentro dos canais (P), e,quando essa variao de presso maior que a presso atuante naentrada do canal, ocorre falta de alimentao de lquido econsequentemente a formao de microporosidades, ou seja:

l P l > Pmetalosttica + Patm

Microporosidades

Dois tipos:

-Se arranjam de forma dispersa atravs da seo transversal com tamanhos em torno de 25 m (gros equiaxiais).

-Se arranjam na forma de camadas atravs da seo transversal com tamanhos na ordem de 5 a 10 m (gros colunares).

Microporosidade

Microporosidade

Outros defeitos

Gota quente (hot tears)

Trincas de contrao : so classificadas como trincas frias e gotas quentes (hot tears)

Trincas frias: so provocadas pelas tenses que surgem durante o resfriamento,causadas ou pela resistncia do molde ou por restries contrao de sees maisdelgadas ou por sees mais espessas que resfriam-se mais lentamento, logo estofortemente relacionadas com a geometria da pea e ao projeto do sistema de fundio

Outros defeitosGotas frias

-So formadas quando o metal liquido solidifica em contato com uma camada de metal solidificado previamente e a unio entre as duas superficies slidas prejudicada pela existncia de um filme de xido formado ou na superficie do lquido ou do slido solidificado inicialmente

-Causas : espalhamento do metal lquido no preenchimento do molde e que pode provocar a formao de gotas slidas no contato com a parede fina do molde em pontos acima do nvel instantneo de metal lquido molde

-Soluo: pr-aquecimento do molde ou pelo aumento da temperatura de vazamento

Incluses

Definio: fases no-metlicas e, as vezes, intermetlicas, envolvidas por uma matriz metlica.

Originados do inoculante ou de produtos adicionados ao metallquido que reagem quimicamente com meio ambiente provocandoa formao de sulfetos, nitretos, xidos. Chamadas inclusesprimrias.

As incluses secundrias surgem durante ou aps a solidificaoda fase principal e se formam como decorrncia da rejeio deimpurezas para as regies interdendrticas.

Esses dois tipos de incluses so endgenas j que so inerentes aotratamento que o metal lquido submetido anteriormente aovazamento e so de pequenas dimenses, o que exige aumentossignificaticos e a utilizao de microscpios para sua indetificao

Incluses

Incluses provocadas por causas externas, as chamadasexgenas, podem ocorrer atravs de aprisionamento deescria, material de molde (incluso de areia) e produtos dereaes com materiais ou recobrimentos de moldes;

As incluses prejudicam a resistncia mecnica j que sopontos concentradores de tenso;

Adio de magnsio para a produo de ferro fundido nodular necessria mas provoca mais incluses, quando comparadaa um ferro fundido cinzento de mesma composio;

Adio de aluminio ao ao promove desoxidao mas temcomo resultado presena de incluses de Al2O3, entretantoprefere-se elas a bolhas de gs na pea.

Incluses

Soluo: dificil impedir a formao, ento devemos elimina-las:

Boa parte flutua no banho , e aumenta sua flutuao com o aumento da particula ex: Partculas de SiO2 em banho de ao flutuam mais rpido a partir de 20 m;

Na fundio de ligas de alumnio e magnsio a agitao do banho utilizada no sentido de promover um maior contato dos xidos presentes no metal lquido com a escria facilitando sua remoo

Outro mtodo bastante utilizado consiste na filtragem do metal lquido por ocasio do vazamento.

Incluses

Morfologia:

Colises entre incluses em funo do movimento do metal lquido podem gerar agregao formado-se cadeias de incluses

Morfologia dendrtica: xido de alumnio e sulfeto de mangans (comum em aos) com orientao cristalogrfica bem definida. Entretanto a adio de clcio pode provocar a formao de incluses de xido de alumnio com formato esfrico.