Modelo analítico de microssegregação na solidificação de ligas binárias considerando o efeito Soret

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos Filho, José Elias dos
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB
Texto Completo: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18153
Resumo: Currently, the mathematical models applicable to the solidification of metallic alloys, in their majority, disregard thermo diffusion (Soret effect). However, some studies have emerged indicating that there is a detectable influence of this effect under specific conditions. However, more comprehensive studies are needed in order to map the conditions in which the effect of thermodiffusion becomes important for the microstructure resulting from solidification. In this thesis, a mathematical model was proposed for microsegregation during the solidification of a binary alloy including the Soret effect. A micrometric control volume was defined between two secondary dendrite arms similar to the Gulliver-Scheil model. Unlike the closed system of Gulliver and Scheil, in the present work, the solute diffuses across the boundary of the system driven by a thermal gradient. Equations for thermal and solute diffusion, in transient regime, together with a set of hypotheses, constituted the present model and were solved analytically. A dimensionless number H was defined as a result of the proposed model in which it correlates thermodiffusion, heat transfer and the amount of solute secreted due to solidification, acting as an indicator of the intensity of segregation associated with thermodiffusion. In the case where H=0, that is, in the case in which the thermal diffusion is ignored in the micro-segregation, the proposed model is reduced to the Gulliver-Scheil model. Our model can be widely used in the study of the redistribution of solute and allows a direct analysis of the relevance of the contribution of thermodiffusion to the microegregation during the solidification of a binary alloy.
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spelling Modelo analítico de microssegregação na solidificação de ligas binárias considerando o efeito SoretMicrossegregaçãoEfeito SoretSolidificaçãoModelagem matemáticaTermodinâmicaMicrosegregationSoret EffectSolidificationMathematical modelingThermodynamicsCNPQ::ENGENHARIASCurrently, the mathematical models applicable to the solidification of metallic alloys, in their majority, disregard thermo diffusion (Soret effect). However, some studies have emerged indicating that there is a detectable influence of this effect under specific conditions. However, more comprehensive studies are needed in order to map the conditions in which the effect of thermodiffusion becomes important for the microstructure resulting from solidification. In this thesis, a mathematical model was proposed for microsegregation during the solidification of a binary alloy including the Soret effect. A micrometric control volume was defined between two secondary dendrite arms similar to the Gulliver-Scheil model. Unlike the closed system of Gulliver and Scheil, in the present work, the solute diffuses across the boundary of the system driven by a thermal gradient. Equations for thermal and solute diffusion, in transient regime, together with a set of hypotheses, constituted the present model and were solved analytically. A dimensionless number H was defined as a result of the proposed model in which it correlates thermodiffusion, heat transfer and the amount of solute secreted due to solidification, acting as an indicator of the intensity of segregation associated with thermodiffusion. In the case where H=0, that is, in the case in which the thermal diffusion is ignored in the micro-segregation, the proposed model is reduced to the Gulliver-Scheil model. Our model can be widely used in the study of the redistribution of solute and allows a direct analysis of the relevance of the contribution of thermodiffusion to the microegregation during the solidification of a binary alloy.NenhumaAtualmente os modelos matemáticos aplicáveis à solidificação de ligas metálicas, em sua maioria, desprezam a termodifusão (efeito Soret). Porém, alguns trabalhos têm surgido indicando haver influência detectável deste efeito em condições específicas. Necessita-se, porém, de estudos mais abrangentes, no intuito de mapear as condições em que o efeito da termodifusão passa a ser importante para a microestrutura resultante de solidificação. Nesta tese, um modelo matemático foi proposto para microssegregação durante a solidificação de uma liga binária incluindo o efeito Soret. Um volume de controle micrométrico foi definido entre dois braços de dendritas secundárias semelhantes ao modelo de Gulliver-Scheil. Ao contrário do sistema fechado de Gulliver e de Scheil, no presente trabalho, o soluto difunde-se através da fronteira do sistema acionado por gradiente térmico. Equações para difusão térmica e de soluto, em regime transiente, juntamente com um conjunto de hipóteses, constituíram o presente modelo e foram resolvidas analiticamente. Um número adimensional H foi definido em decorrência do modelo proposto em que correlaciona a termodifusão, a transferência de calor e a quantidade de soluto segregado devido à solidificação, atuando como parâmetro indicador da intensidade da segregação associada à termodifusão. No caso em que H=0, isto é, no caso em que a termodifusão é ignorada na microssegregação o modelo proposto se reduz ao modelo de Gulliver-Scheil. Nosso modelo pode ser amplamente utilizado no estudo da redistribuição de soluto e permite uma análise direta da relevância da contribuição da termodifusão para a microssegregação durante a solidificação de uma liga binária.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia de MateriaisPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de MateriaisUFPBFerreira, Romulo Adolfo Heringerhttp://lattes.cnpq.br/4479014919378819Santos Filho, José Elias dos2020-10-15T21:17:56Z2020-04-202020-10-15T21:17:56Z2020-03-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/18153porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2021-09-20T23:47:53Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/18153Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-09-20T23:47:53Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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