Simulação e modelagem do processo de solidificação de ligas Al-Cu via modelo do campo de fase acoplado a técnica de transição colunar- equiaxial

• Autor(a) principal: Tomaszewski, Ingrid Meirelles Salvino
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27074
• topic: Solidificação; Transição colunar-­equiaxial; Campo de fase; Ligas binárias; Al-­Cu; Solidificação (Metalurgia); Modelamento matemático; Liga (Metalurgia); Alumínio; Cobre; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Solidification; Columnar-equiaxed transition; Phase field; Binary alloys; Al­-Cu

Com a necessidade crescente de produzir ligas com as propriedades mecânicas cada vez mais adequadas para o uso a que se destinam, muitos modelos matemáticos foram desenvolvidos para simular o fenômeno de solidificação. O modelo da previsão da Transição colunar­equiaxial (TCE) é um modelo matemático capaz de indicar o momento da solidificação em que a macroestrutura passa a se dividir em zona colunar e zona equiaxial. Esse modelo é desenvolvido com base no conceito de envelopes envolvendo os grãos equiaxiais e com base nas equações macroscópicas de conservação de massa e espécies químicas. Entretanto, o modelo de previsão da TCE não possibilita a simulação da morfologia formada. Ao passo que o modelo do Campo de fase é um modelo matemático eficaz em descrever e simular a evolução de interfaces complexas entre as fases sólida e líquida, como o caso da solidificação de ligas metálicas. Ele utiliza uma variável chamada variável de fase () que adquire valores entre 0 e 1 dependendo da fase em que se encontra, sólido, líquido ou interface. Um acoplamento entre o modelo matemático para prever a transição colunar­equiaxial e o modelo do Campo de fase para simulação da morfologia dendrítica formada durante a solidificação de ligas binárias está sendo proposto. Inicialmente foram realizadas simulações dos modelos em separados e, numa segunda etapa, foram realizadas simulações dos modelos acoplados. No acoplamento, simulações foram conduzidas para mostrar a influência de algumas variáveis de solidificação, tais como: densidade de núcleos equiaxiais, super­resfriamento, concentração de soluto, difusividade do soluto no líquido e taxa de resfriamento no momento da transição colunar­equiaxial e na morfologia dendrítica. O objetivo do acoplamento é simular a evolução da morfologia dendríticas antes e depois da TCE. E também, mostrar a influência de variáveis macroscópicas do processo de solidificação a níveis microscópicos da estrutura do material solidificado. Os modelos acoplados foram formulados para a solidificação de ligas binárias Al­Cu. Através de simulações realizadas neste trabalho, foi feita uma análise das características das estruturas obtidas em diferentes condições de solidificação, comparando estes resultados com as teorias clássicas de solidificação encontradas na literatura. Nesta etapa foi simulada a evolução dos grãos, bem como a evolução dos campos de concentração durante o processo de solidificação.