Orientador: Amauri Garcia

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal a elaboração de um modelo de otimização de sistemas metal/molde durante a solidificação de metais. Inicialmente foi realizada uma ampla e criteriosa revisão dos principais aspectos fenomenológicos ligados à transformação líquido/sólido. Numa etapa...

Resumo: Este trabalho teve como objetivo principal a elaboração de um modelo de otimização de sistemas metal/molde durante a solidificação de metais. Inicialmente foi realizada uma ampla e criteriosa revisão dos principais aspectos fenomenológicos ligados à transformação líquido/sólido. Numa etapa seguinte, a transferência de calor envolvida na transformação foi abordada por meio do desenvolvimento de um modelo matemático baseado na técnica de diferenças finitas, sendo que com tal ferramenta foi possível simular condições reais dos processos de fundição e lingotamento, analisando com eficiência a história térmica, bem como a cinética de solidificação nesses processos. Paralelamente ao desenvolvimento teórico, foi elaborado um conjunto experimental que permitiu executar ensaios de conformação de metais através dos processos mencionados, analisando nessa etapa diversos aspectos. Os resultados obtidos de ambas as formas de análise dos processos de fundição e lingotamento foram confrontados, sendo que os mesmos exibiram alto grau de concordância, habilitando o modelo teórico como instrumento essencial no estudo e otimização de processos envolvendo a solidificação. Finalmente, aplicou-se o modelo matemático concebido na investigação e otimização de uma série de parâmetros relacionados ao sistema metal/molde, bem como ligados à operação do mesmo, tais como a espessura da parede da lingoteira, o coeficiente de transmissão de calor metal/molde, a geometria do molde, a temperatura de vazamento, etc. Tal abordagem forneceu subsídios para a concepção de um modelo aprimorado de conformação de metais a partir da transformação líquido/sólido.

Abstract: The main purpose of this work was to develop a mathematical model to investigate and improve metal/mold systems during solidification in casting and foundry processes. Initially, it was made a wide and critical review of principal aspects related to liquid/solid transformations. In...

Abstract: The main purpose of this work was to develop a mathematical model to investigate and improve metal/mold systems during solidification in casting and foundry processes. Initially, it was made a wide and critical review of principal aspects related to liquid/solid transformations. In sequence, the heat transfer involved in solidification was treated by means of the development of a numerical model based on finite difference technics turning it possible to simulate actual conditions of these processes, such as solidification kinetics and thermal behavior. Moreover, an experimental arrangement was developed in order to carry out a set of experiments of the mentioned processes and it was used to examine a number of factors influencing the progress of solidification. The results from the theoretical and experimental analysis of casting and foundry processes were compared and the agreement observed was good in all cases examined. In both situations (casting and foundry) the model has proved to be an useful and powerful tool to analyse the solidification of metals. In adition, this modeling was applied to optimize some of the parameters of metal/mold systems (mold thickness, thermal resistance across the metal/mold interface, mold geometry, pouring superheat, etc) and on the basis of the obtained results, it was established an improved model of metal/mold system.