Orientador: Rubens Caram Junior

Dissertação (Mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Nas últimas décadas, uma classe de materiais designados como "compositos", teve sua importância elevada dentro de aplicações envolvendo alta tecnologia. Uma técnica bastante eficiente na produção destes materiais, consiste no emprego da solidificação direcional de ligas de composição...

Resumo: Nas últimas décadas, uma classe de materiais designados como "compositos", teve sua importância elevada dentro de aplicações envolvendo alta tecnologia. Uma técnica bastante eficiente na produção destes materiais, consiste no emprego da solidificação direcional de ligas de composição eutética, o que resulta em materiais com elevada estabilidade técnica, além de propriedades magnéticas, óticas e elétricas. Durante o crescimento de ligas eutéticas binárias, existe a formação de duas fases sólidas, com um processo de segregação de soluto bastante peculiar. Para crescer, uma das fases necessita diminuir a quantidade inicial de um dos componentes no líquido, e aumentar a concentração do outro componente, ocorrendo um processo similar com a outra fase. Este fato ocasiona um gradiente de composição paralelo à interface sólido/líquido, originando um fluxo de massa normal à direção do crescimento, que por sua vez determinará a composição no liquido próximo à interface sólido/líquido e a microestrutura final. Existem, no entanto, alguns parâmetros do processo (convecção, gradiente técnico) que podem alterar profundamente o crescimento desta liga. Este trabalho teve como objetivo principal a investigação de parâmetros que influenciam o crescimento unidirecional de ligas eutéticas lamelares. Tal estudo foi implementado através do desenvolvimento de um conjunto experimental que permite o processamento de compostos orgânicos transparentes e de solidificação análoga a de metais. Basicamente, este conjunto experimental é dividido em duas partes: o Sistema de aquecimento e refrigeração e o sistema de observação e movimentação de amostras. Através da observação de amostras constituídas por tais compostos orgânicos, capazes de simular vários tipos de ligas, foi possível estabelecer a influência de diversos parâmetros do processo, como a convecção imposta arficialmente, a taxa de solidificação e o gradiente técnico na interface sólido/liquido. A partir dos resultados obtidos foi possível concluir, por exemplo, que existe uma relação bem definida, durante o crescimento, entre a velocidade de crescimento e o espaçamento lamelar. Quanto à estabilidade da interface do crescimento lamelar, observou-se que o gradiente técnico na interface solido/líquido pode influenciar diretamente a mesma, e que a presença de fluxos convectivos pode prolongar a manutenção do crescimento eutético regular

Abstract: The importance of composite materials for high technology applications increased remarkably during the past decades. Directional solidification of eutectic alloys is a very efficient technique for production of these materials, yielding high thermal stability composites with interesting...

Abstract: The importance of composite materials for high technology applications increased remarkably during the past decades. Directional solidification of eutectic alloys is a very efficient technique for production of these materials, yielding high thermal stability composites with interesting magnetic, optic and eletric properties. Because of a peculiar solute segregation process two solids phases are formed in binary eutectic alloys growth. ln one of the phases the initial concentration of one component of the liquid decreases while the concentration of the other component increases. A similar process occurs to the other solid phase leading to a compositional gradient parallel to the solid/liquid interface. This provides a mass flux perpendicular to the growth direction that will determine the liquid composition near the solid/liquid interface and the final microstructure. The main goal of this work was to investigate the influence of directional solidification parameters during the growth of lamellar eutectic alloys. ln order to perform such simulation, an experimetal setup was assembled. To simulate the solidification of metals, transparent organic compound alloys were processed. This simulation allows one to study several process parameters, such as forced convection, solidification rate, and interface thermal gradient. The obtained results led to a well defined relationship between growth velocity and lamellar spacing. Also, the lamellar-growth stability was found to have intimate relation to the solid/liquid interface thermal gradient and, convective flux presence can improve the eutectic growth