Estudo do efeito termodinâmico da pressão na solidificação de ligas de alumínio
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
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/123456789/19669 |
Resumo: | The idealization of the use of die casting pressure was originally introduced in a British patent in 1819 and cited in a report in 1878 however the first scientific experiment on the subject was not conducted in until 1931, since then this practice has developed rapidly around the world. Among the articles published on die casting under pressure are reported several effects which some are beneficial and can be explored by industry such as grain refining, macrostructure rearrangement, microstructure refining, porosity elimination, and other effects that damage the properties of the casting, and therefore should be minimized or eliminated as a shrinkage and segregation defect. However, the vast majority of published works on die casting under pressure does not provide a satisfactory explanation for these effects but are limited to their description followed by a qualitative and superficial explanation. This paper aims to formulate a qualitative and quantitative theoretical model that describes the influence of pressure on solidification in order to explain the effects reported in the literature. In order to do it so the effect of pressure was accounted on Gibbs free energy, which is the thermodynamic potential used to describe the classic theory of solidification of metallic materials. From this model it was possible to demonstrate that the pressure produces an effect equivalent to undercooling during grain and crystal nucleation, which produces a decrease in activation energy stimulating nucleation and, therefore, refining the structures. It was also shown that pressure exerts an effect equivalent to the temperature gradient with regarding stability of the solid/liquid interface, discouraging dendrite formation in columnar growth, and stimulating dendrite formation in equiaxial growth. |
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Estudo do efeito termodinâmico da pressão na solidificação de ligas de alumínioSolidificação sob pressãoNucleaçãoRefino de estruturasRermodinâmicaSolidification under pressureNucleationStructure refiningThermodynamicsCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAThe idealization of the use of die casting pressure was originally introduced in a British patent in 1819 and cited in a report in 1878 however the first scientific experiment on the subject was not conducted in until 1931, since then this practice has developed rapidly around the world. Among the articles published on die casting under pressure are reported several effects which some are beneficial and can be explored by industry such as grain refining, macrostructure rearrangement, microstructure refining, porosity elimination, and other effects that damage the properties of the casting, and therefore should be minimized or eliminated as a shrinkage and segregation defect. However, the vast majority of published works on die casting under pressure does not provide a satisfactory explanation for these effects but are limited to their description followed by a qualitative and superficial explanation. This paper aims to formulate a qualitative and quantitative theoretical model that describes the influence of pressure on solidification in order to explain the effects reported in the literature. In order to do it so the effect of pressure was accounted on Gibbs free energy, which is the thermodynamic potential used to describe the classic theory of solidification of metallic materials. From this model it was possible to demonstrate that the pressure produces an effect equivalent to undercooling during grain and crystal nucleation, which produces a decrease in activation energy stimulating nucleation and, therefore, refining the structures. It was also shown that pressure exerts an effect equivalent to the temperature gradient with regarding stability of the solid/liquid interface, discouraging dendrite formation in columnar growth, and stimulating dendrite formation in equiaxial growth.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESA idealização do uso da pressão na fundição foi originalmente introduzida em uma patente britânica em 1819 e citada em um relatório em 1878, entretanto o primeiro experimento científico sobre o assunto só foi realizado na Alemanha em 1931, desde então esta prática se desenvolveu rapidamente em todo o mundo. Entre os artigos publicados sobre a fundição sob pressão estão relatados diversos efeitos onde alguns são benéficos e podem ser explorados pela indústria como, o refino dos grãos, rearranjo da macroestrutura, refino da microestrutura, eliminação de porosidade, e outros efeitos que prejudicam as propriedades da peça, e devem ser minimizados ou eliminados como defeito de shrinkage e de segregação. Entretanto a grande maioria dos trabalhos publicados sobre a fundição sob pressão não proporcionam uma explicação satisfatória para esses efeitos se limitando apenas à descrição dos mesmos, seguida por uma explicação qualitativa e superficial. O presente trabalho apresenta a formulação de um modelo teórico qualitativo e quantitativo que a descrever a influência termodinâmica da pressão na solidificação de modo a explicar os efeitos relatados na literatura. Para isso foi discutido o efeito da pressão na energia livre de Gibbs, que é o potencial termodinâmico usado para descrever a teoria clássica da solidificação de materiais metálicos. Partindo desse modelo foi possível demonstrar que a pressão produz um efeito equivalente ao super-resfriamento durante a nucleação dos grãos e cristais, o que produz uma diminuição na energia de ativação estimulando a nucleação e, portanto causando o refino das estruturas. Foi possível demonstrar também que a pressão exerce um efeito equivalente ao gradiente de temperatura no que diz respeito à estabilidade da interface sólido/líquido, desestimulando a formação de dendritas no crescimento colunar, e estimulando a formação das mesmas no crescimento equiaxial.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBGomes, Rodinei Medeiroshttp://lattes.cnpq.br/2571715314037365Silva, Diego Vilar Da2021-03-01T03:22:54Z2020-02-172021-03-01T03:22:54Z2019-12-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/19669porhttp://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:UFPB2021-07-02T23:29:58Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/19669Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| diretoria@ufpb.bropendoar:2021-07-02T23:29:58Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false |
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