Analises teorica e experimental do fluxo de calor variacional na solidificação de cilindros horizontais e sua correlação com caracteristicas estruturais

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Souza, Eduardo Netto de
Data de Publicação: 2004
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598837
Resumo: Orientador: Amauri Garcia
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spelling Analises teorica e experimental do fluxo de calor variacional na solidificação de cilindros horizontais e sua correlação com caracteristicas estruturaisSolidicaçãoFundição continuaCalor - TransmissãoDiferenças finitasMicroestruturaMetais não ferrosos - MetalografiaOrientador: Amauri GarciaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: Nos processos de lingotamento contínuo horizontal e fundição convencional em moldes com geometria cilíndrica, o coeficiente de transferência de calor é variável ao longo do perímetro da geometria em questão, resultando em assimetria estrutural nos produtos brutos de fusão. Para controlar as estruturas de solidificação, além de compreender os mecanismos de fluxo de calor, é necessário determinar os coeficientes de transferência de calor metal/molde dmante o processo de solidificação. Com o auxílio da modelagem matemática desenvolvida por método de diferenças finitas, o presente trabalho correlaciona os parâmetros térmicos do processo com as estruturas de solidificação. O aparato experimental utilizado nos experimentos foi projetado para assegurar um fluxo de calor essencialmente radial unidirecional durante o processo de solidificação com uma lingoteira refrigerada a água em aço ÚlOX, e com a superficie polida no contato com o metal. Os experimentos foram realizados com as ligas Sn-So/oPb, Sn-lSo/oPb e Sn20o/oPb, analisando-se o efeito da temperatura de vazamento do metal liquido no coeficiente de transferência de calor com superaquecimentos de 3% e 20% acima da temperatura liquidus. O método utilizado para determinação do coeficiente de transferência de calor metal/molde (h) é o lliCP (Inverse Heat Conduction Problem), baseado em perfis térmicos experimentais em pontos específicos do lingote em conjunto com o modelo matemático de solidificação. O método consiste em estimar um coeficiente na interface metal/molde a partir do modelo matemático e confrontar com resultados obtidos experimentahnente. Os resultados permitem a determinação de expressões de coeficiente de transferência de calor metal/molde como uma função exponencial em relação ao tempo para diferentes composições e superaquecimentos. Leis experimentais são estabelecidas, descrevendo a posição da isoterma liquidus (Pd e a velocidade da isoterma liquidus (VL) durante o processo de solidificação. Os parâmetros térmicos de solidificação, tais como, a velocidade da isoterma liquidus e taxa de resfriamento são correlacionados com os espaçamentos dendríticos secundáriosAbstract: In continuous casting and conventional foundry of horizontal cylinders, the metal/mold heat transfer coefficient is variable along the perimeter of the cross section, generating asymmetrical as-cast structures. To control the structure of cast alloys it is necessary to understand the heat flow mechanisms and to characterize the heat transfer coefficients during solidification. With the aid of a numerical mathematical model developed by using a finite difference method, the present work focuses on the relationships between solidification thermal conditions and as-cast structures. The casting assembly used in solidification experiments was designed to ensure a dominant unidirectional radial heat flow during solidification. A water-cooled stainless steel chill was used, with the heat-extracting surface being polished. Experiments were performed with Sn5wt%Pb, Sn-15wt%Pb and Sn-20wt%Pb alloys. The effect of liquid metal superheat on heat transfer coefficient was also investigated by using two different degrees of superheat: 3% and 20% above the liquidus temperature. The method of determination of metallmold heat transfer coefficient (h) is based on temperature histories at interior points of the casting together with a mathematical model af heat transfer during solidification by solving the IHCP (Inverse Heat Conduction Problem). The inverse problem consists of estimating the boundary heat transfer coefficient at the metal/mold interface ftom measured environment and metal temperatures. The results permit the establishment of expressions of metallmold heat tranSfer coefficients as a power function of time, for different alloy composition and melt superheats. Experimentallaws descnbmg position of liquidus isotherm (PL) and tip growth rate (VL) during solidification have been established. Solidification thermal variables such as tip growth rate and cooling rate are correlated with secondary dendrite arm spacmgsDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoMestre em Engenharia Mecânica[s.n.]Garcia, Amauri, 1949-Santos, Rezende Gomes dosMei, Paulo RobertoMoura Neto, Carlos deMello, Francisco Cristovão Lourenço deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSouza, Eduardo Netto de20042004-08-25T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf170p. : il.(Broch.)https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598837SOUZA, Eduardo Netto de. Analises teorica e experimental do fluxo de calor variacional na solidificação de cilindros horizontais e sua correlação com caracteristicas estruturais. 2004. 170p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1598837. Acesso em: 2 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/328272porreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2017-02-18T04:03:49Zoai::328272Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2017-02-18T04:03:49Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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