Orientador : Trevor William Clyne

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas

Resumo: Este estudo refere-se às correlações existentes entre as condições de crescimento e as microestruturas de solidificação observadas em uma liga tipicamente fundida. Foi adotado como modelo, uma liga de composição AI-5% Cu, por apresentar um sistema conveniente no qual as curvas "liquidus" e...

Resumo: Este estudo refere-se às correlações existentes entre as condições de crescimento e as microestruturas de solidificação observadas em uma liga tipicamente fundida. Foi adotado como modelo, uma liga de composição AI-5% Cu, por apresentar um sistema conveniente no qual as curvas "liquidus" e "solidus" podem ser aproximadas por linhas retas, faci1ftando com isso a obtenção de análises quantitativas. As microestruturas foram examinadas após solidificação unidirecional, sob diversas condições, sendo que todas aquelas tenderam a apresentar uma estrutura do tipo dendrita colunar, embora uma grande gama de morfologias e espaçamentos dendríticos fossem produzidos. Foram examinados tanto as secções longitudinais como as transversais. As análises efetuadas. Incluíram metalografia quantitativa da fração de eutético, perfis da distribuição de soluto Interdendrítico e medidas dos espaçamentos dendríticos. Por outro lado, a temperatura foi continuamente monitorada para um dado número de pontos durante a solidificação, permitindo com Isso a obtenção dos tempos locais de solidificação, gradientes térmicos, etc. O trabalho também incluiu a caracterização do fenômeno de macrosegregação ocorrido durante a solidificação. Relações entre os tempos locais de solidificação e os espaça mentos dendríticos, bem como correlações com a taxa local de resfriamento e a velocidade de avanço das "cabeças das dendritas" também foram obtidas. Os resultados alcançados concordam com trabalhos publicados anteriormente e ajustam-se multo bem aos modelos teóricos previstos. Foi feita uma investigação a respeito dos possíveis fatores que influenciam sobre os perfis de distribuição de soluto e as previsões foram correlacionadas com resultados experimentais obtidos pela microssonda eletrônica. Uma conclusão qua1itatlva é que a difusão no estado sólido pode a1terar significativamente a distribuição de composição esperada. Notou-se que os modelos propostos para caracterizar a influência da difusão no estado sólido não podem ser quantitativamente aplicados com rigor, provavelmente devido morfologia Irreal dos modelos adotados. A macrosegregação observada foi do tipo inversa e origina-se do fluxo de líquido interdendrítico. Notou-se que este fenômeno exerce uma pequena mas significante influência sobre os perfis de soluto observados

Abstract: This study is concerned with the relationships between growth conditions and solidification microstructures observed in a typical casting alloy. As a model composition, Al-5% Cu was utilized, this being a convenient system in which liquidus and solidus approximate to straight lines,...

Abstract: This study is concerned with the relationships between growth conditions and solidification microstructures observed in a typical casting alloy. As a model composition, Al-5% Cu was utilized, this being a convenient system in which liquidus and solidus approximate to straight lines, facilitating quantitative analysis. Microstructures were examined after unidirectional growth under a variety of conditions, all of which tended to produce a columnar dendritic type of structure, although a wide range of morphologies and arm spacings were produced. Both longitudinal and transverse sections were examined. Analysis carried out included quantitative metallography of fraction eutetic, examination of complete interdendritic solute profiles and measurements of arm spacings. In addition, the temperature was continuously monitored at a number of points during solidification permitting deduction of local solidification times, thermal gradients, etc. The work also encompassed characterization, of the macrosegregation occurring during solidification. Relationship were obtained between local solidification times and dendrite arm spacings and correlations were also obtained with the local rate of cooling the rate of advance of the dendrite tips. The resu1ts obtained agree quite well with previously published work and conform to theorical models. An investigation was made of all the factors influencing solute profiles and the predictions correlated with experimental results obtained by microprobe analysis. A qualitative conclusion is that diffusion in the solid state can significantly modify the expected composition distribution. It is noted that proposed models to characterize the influence of solid state diffusion may not be quantitatively reliable, probably because of the unrealistic morphology models proposed. The macrosegregation observed was as expected, of the inverse type and arises from interdendritic fluid flow. It was noted that this phenomenon might be expected to exert a small but significant influence on observed solute profiles