Solidificação de metais e formação da estrutura interna de grãos

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

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 • 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

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. Padrões para 100 X de aumento da amostra

22. Como atua o reagente químico na micrografia