Solidificação da poça de fusão

Solidificação da poça de fusão

A solidificação é uma transformação de fase que ocorre na passagem do estado líquido para o sólido, envolvendo alteração na estrutura cristalina ﴾1﴿.

  • A solidificação é uma transformação de fase que ocorre na passagem do estado líquido para o sólido, envolvendo alteração na estrutura cristalina ﴾1﴿.

  • A solidificação, geralmente acompanhada por uma contração volumétrica, provoca mudança na composição química, determinando as propriedades físicas e químicas nos contornos da região soldada.

Alguns parâmetros importante a serem considerados na formação das microestruturas:

  • Alguns parâmetros importante a serem considerados na formação das microestruturas:

  • Taxa de Crescimento (R)

  • Gradiente de Temperatura (G)

  • Queda de Temperatura (ΔT)

  • Composição Química das ligas

Regiões Fundidas

  • Regiões Fundidas

  • A – Região Misturada

  • B – Região não Misturada

  • C – Região Parcialmente Fundida

A nucleação, primeiro processo que ocorre na solidificação dos metais são classificada em dois processos:

  • A nucleação, primeiro processo que ocorre na solidificação dos metais são classificada em dois processos:

  • Homogêneo

  • Heterogêneo

  • HOMOGÊNEO

  • Processo de solidificação que ocorre no interior do líquido, sem as interferências dos agentes externos.

HETEROGÊNEO

  • HETEROGÊNEO

  • Processo de solidificação que ocorre na presença de impurezas, inoculantes e superfícies externas. (Principalmente em Fundidos)

A interface Sólido/Líquido pode ser automaticamente difusa (a) ou automaticamente plana (b), sendo que a plana ocorre geralmente em não metais.

  • A interface Sólido/Líquido pode ser automaticamente difusa (a) ou automaticamente plana (b), sendo que a plana ocorre geralmente em não metais.

Ocorre de duas formas Epitaxial ou Competitivo.

  • Ocorre de duas formas Epitaxial ou Competitivo.

  • Epitaxial, o crescimento de um cristal na superficie de outro cristal, acompanhando a estrutura reticular do cristal de apoio.

Competitivo, os grãos melhor orientados em relação à direção de extração de calor tendem a crescer à frente dos demais grãos, bloqueando-os e impedindo o seu crescimento

  • Competitivo, os grãos melhor orientados em relação à direção de extração de calor tendem a crescer à frente dos demais grãos, bloqueando-os e impedindo o seu crescimento

Refino de Grão

  • Refino de Grão

  • O ciclo Térmico e a orientação da granometria do metal de base são fatores importantíssimo que influência diretamente a largura do grão solidificado.

Refino de Grão

  • Refino de Grão

  • Uso de Inoculantes, como :

  • Carbetos de Titânio e Vanadio,entre outros nos fluxos de soldagem;

  • Oscilações do arco na soldagem;

  • Agitação Magnética da poça, através da pulsação da corrente.(TIG e MIG/MAG)

Formas de Crescimento

  • Formas de Crescimento

  • G - Gradiente Térmico externo imposto

  • R – Velocidade de Solidificação

Formas de Crescimento:

  • Formas de Crescimento:

Formas de Crescimento:

  • Formas de Crescimento:

Crescimento Dendrítico:

  • Crescimento Dendrítico:

São classificados em Micro-segregação e Macro-segregação, sendo a primeira mais aplicada em solidificação de soldagem :

  • São classificados em Micro-segregação e Macro-segregação, sendo a primeira mais aplicada em solidificação de soldagem :

  • Micro-segregação, são menores que o tamanho de grão.

  • Macro-segregação, são maiores que o tamanho de grão.

A micro-segregação, está dividida em segregações celulares, dendríticas e em contornos de grão.

  • A micro-segregação, está dividida em segregações celulares, dendríticas e em contornos de grão.

  • Segregações celulares, produzem variações na composição, que embora grandes, podem ser eliminadas por Tratamento Térmico Adequado.

Segregações dendríticas, ocorrem dentro dos espaços interdendríticos e são mais difíceis de ser eliminadas.

  • Segregações dendríticas, ocorrem dentro dos espaços interdendríticos e são mais difíceis de ser eliminadas.

  • Segregações de contornos, ocorre pelo acumulo de soluto nos sulcos de contornos, através do crescimento dos grão em direções opostas.

Formação da Segregação nos contornos de grão, através do crescimento granular.

  • Formação da Segregação nos contornos de grão, através do crescimento granular.

A forma da poça de fusão é responsável pela seleção do processo de crescimento das dendritas e na formação do tamanho de grão.

  • A forma da poça de fusão é responsável pela seleção do processo de crescimento das dendritas e na formação do tamanho de grão.

  • A sua forma é diretamente associada a velocidade de soldagem, onde:

Velocidade mais lentas produzem poças de fusão com formato elípticos, onde os grão encontrará sempre condições ótimas para o seu crescimento e um maior número de grãos terá condições de sobreviver durante a solidificação, possui excelente resistência a formação de trincas.

  • Velocidade mais lentas produzem poças de fusão com formato elípticos, onde os grão encontrará sempre condições ótimas para o seu crescimento e um maior número de grãos terá condições de sobreviver durante a solidificação, possui excelente resistência a formação de trincas.

Velocidades mais rápidas produzem poças de fusão com formato de gota, somente os primeiros grãos serão bem orientados, os demais crescerão formando uma parede no centro do cordão, proporcionando o maior índice de fraturas.

  • Velocidades mais rápidas produzem poças de fusão com formato de gota, somente os primeiros grãos serão bem orientados, os demais crescerão formando uma parede no centro do cordão, proporcionando o maior índice de fraturas.

Porosidade:

  • Porosidade:

  • Ocorre no processo de solidificação da poça de fusão, com o aprisionamento de gases no interior do liquido, não conseguindo se desprender até a conclusão do processo de solidificação.

Porosidade

  • Porosidade

  • (Sn) Grau de solubilidade

Trincas

  • Trincas

  • Acontece normalmente após o término do processo de solidificação, devido as contrações de tração do metal de base em relação a solda.

Rechupe:

  • Rechupe:

  • Ocasionado pela contração do metal liquido ao se solidificar, é mais visível em poças de fusão com maior largura.

Comparativo entre a fundição e a poça de fusão.

  • Comparativo entre a fundição e a poça de fusão.

Em contato com a parede do molde o metal fundido sofre um super-resfriamento e inicia-se um processo de nucleação heterogênea.

  • Em contato com a parede do molde o metal fundido sofre um super-resfriamento e inicia-se um processo de nucleação heterogênea.

  • Ao contrario da poça de fusão, nenhum evento de nucleação é necessário para iniciar o processo de solidificação.

Na fundição o crescimento de grão na zona colunar se dá pelo processo competitivo.

  • Na fundição o crescimento de grão na zona colunar se dá pelo processo competitivo.

  • Enquanto na maioria das soldagem o crescimento se dá pelo processo epitaxial.

  • A velocidade de solidificação na fundição é muito menor que na soldagem.

  • Conseqüentemente o gradiente térmico na soldagem é muito maior que no lingote.

A forma da interface sólido/liquido se altera progressivamente durante a solidificação do lingote;

  • A forma da interface sólido/liquido se altera progressivamente durante a solidificação do lingote;

  • Em soldagem a interface sólido/liquido se desloca continuamente com a mesma forma, com exceção do inicio e fim da soldagem que possui diferenças de corrente.

Outra observação é a agitação do metal liquido na poça de fusão ser muito maior que no lingote, devido a forças eletromagnéticas e do gradiente de tensão superficial.

  • Outra observação é a agitação do metal liquido na poça de fusão ser muito maior que no lingote, devido a forças eletromagnéticas e do gradiente de tensão superficial.

ASM – Metals Handbook –Welding Brazing and Soldering, vol 6, 1993, Fundamentals of Weld Solidification

  • ASM – Metals Handbook –Welding Brazing and Soldering, vol 6, 1993, Fundamentals of Weld Solidification

  • BRANDI, S. D. – Solidificação da Poça de Fusão; Sold. Proc. Met., p..371-386, 1992

  • DAVIES, C. J. & GARLAND J. G. – Solidification Structures and of Fusion Welding; Int. Met. Rew., vol. 20, revisão 196, p..83-106, jun.1975

  • Flemings, M.C. – Soldification Processing; Met. Trans 5 (10): 2121-2134, out. 1974

  • ØYSTEM, GRONG – Solidifcation Behaviour of Fusion Welds; Met. Mod. Wel., p..221-476, 1997

  • S.A. David, S.S. Babu, and J.M. Vitek - Welding Solidification and Microstructure; J.O.M., jun. 2003

  • SAVAGE, W. F. – Solidification Mechanisms in Fusion; Weld. Jour., p..213s-221s, ago. 1976

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