Questões de Revisão

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REVISÃO PARA PROVA
Disciplina: Processo Metalugircos de Fabricação (PM25MC)
Curso: Engenharia Mecânica
Período letivo: 2022.1
Professor: Dra.Silvana Patricia Verona
Aluna: Isadora Garcia
I – Questões de Revisão
Por que é importante controlar o processo de solidificação no processamento por fundição de metais?
R: Durante o processo de resfrimento de metais (solidificação) podem ocorrer descontinuidades na massa metalica, ocasionando a formação de rechupe ou porosidade comprometendo asssim o uso deste material para aplicações estruturais, portanto justificase a nescessidade e/ou importancia do controle de resfriamente bem como aplicações necessaria para evitar que defeitos prejudinquem ou inutilizem o material.
 Quais as diferenças existentes entre a solidificação de metais puros e ligas metálicas?
R: A diferença que relaciona a liga metalica com o metal puro é a temperatura, assim metais puros apresentam ponto de fusão e ponto de solidificação caracterizado por uma temperatura expecifica, já para ligas metalicas ( compostas por dois ou mais metais) existe uma faixa de temperatura onde a fusão ocorre e uma faixa de temperatura onde a solidificação ocorre.
 Quais são as duas etapas de solidificação, e o que ocorre durante cada uma delas?
R: Nucleação: é a formação dos primeiros nanocristais a partir do material fundido, em termos gerais é o estagio inicial da formação de uma nova fase 
Crescimento: é a etapa seguinte a nucleação nesta fase os núcleos começam a crescer 
 Por que a maior parte da solidificação não começa até que a temperatura caia um pouco abaixo da temperatura de fusão de equilíbrio (ou seja, é necessário um super-resfriamento)
R: A formação de embriões é um processo estatístico. Muitos embriões formam-se e redissolvem-se. Se aleatoriamente um embrião se formar com um raio maior do que r*, um crescimento adicional causará uma diminuição da energia livre total. Esse embrião sólido é, então, estável, uma vez que a nucleação efetiva- mente ocorreu. A partir daí, o crescimento da partícula sólida, que agora é chamada núcleo, tem início. Às temperaturas de fusão ou de solidificação termodinâmicas, a probabilidade de formação de núcleos estáveis é extremamente pequena. Portanto, a solidificação não começa na temperatura de solidificação termodinâmica.
 Quais as diferenças existentes entre nucleação homogênea e heterogênea?
R: A nucleação homogênea ocorre quando o super-resfriamento se torna grande o suficiente para permitir a formação de núcleos estáveis no seio da fase líquida. Na nucleação heterogênea necessário que relativamente poucos átomos se agrupem para produzir uma partícula sólida que tenha o raio de curvatura requerido. Assim, um super-resfriamento muito menor é suficiente para se obter o tamanho crítico, facilitando a nucleação. Esse processo depende do ângulo de contato (θ) entre a fase a ser nucleada e a superfície sobre a qual ocorre a nucleação. Nas transformações de estado sólido, o fenômeno é semelhante.
 Por que seria desejável promover a nucleação em uma fundição por meio de processos de inoculação ou de refinamento de grãos?
R: Para aumentar o número de núcleos formados e, por conseguinte, reduzir o tamanho dos grãos. O refino de grãos ou a inoculação produzem grande número de grãos, cada um começando a crescer a partir de um dos muitos núcleos iniciais. A maior área de contorno de grãos resulta no aumento da resistência mecânica.
 A nucleação geralmente começa em locais preferidos dentro de um molde. Quais são os locais mais prováveis para a nucleação?
R: Quando um metal líquido se solidifica, as impurezas contidas no material fundido e as paredes do molde que contém o líquido servem como locais para a nucleação heterogênea
 Explique quais variáveis estão associadas aos mecanismos de crescimento planar e dendrítico. Explique também qual a influência do super-resfriamento e da inoculação nestes mecanismos.
R: Crescimento plana: Quando um líquido adequadamente inoculado, ou seja, que contém agentes nucleantes, é resfriado sob condições de equilíbrio, não há necessidade de super-resfriamento, uma vez que há condições para que ocorra nucleação heterogênea. Portanto, a temperatura do líquido junto à frente de solidificação (interface sólido-líquido) é maior do que a temperatura de solidificação. Durante a solidificação, ocorre a trans- ferência do calor latente de fusão por condução térmica a partir da interface sólido-líquido. Qualquer pequena protuberância que surja na interface sólido-líquido estará cercada por líquido à temperatura acima da tempe- ratura de solidificação .O crescimento da protuberância então para até que o restante da interface avance.
Crescimento dendrítico Quando o líquido não foi inoculado e, portanto, sua taxa de nucleação é baixa, ele precisa ser super-resfriado antes da formação do sólido (Figura 9-4). Sob essas condições, uma pequena protuberância sólida chamada dendrita se forma na interface incentivada a crescer, uma vez que o líquido à frente está super-resfriado. A palavra dendrita provém da palavra grega dendron, que significa árvore. À medida que a dendrita sólida cresce, o calor latente da fusão é transferido para o líquido super-resfriado, aumentando sua temperatura. Também podem se formar braços dendríticos secundários e terciários nos troncos primários, o que acelera a transferência de calor latente. O crescimento dendrítico continua até que o líquido super-resfriado atinja a temperatura de solidificação. A partir daí, todo o líquido remanescente se solidifica por crescimento planar.
 Descrever algumas das principais características observadas na curva de resfriamento de um metal puro.
R: Uma curva de resfriamento mostra de que maneira a temperatura de um metal puro diminui com o tempo. O líquido é vazado em um molde à temperatura de vazamento. A diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura de solidificação é o superaquecimento. O calor específico é extraído pelo molde até que o líquido atinja a temperatura de solidificação. Se o líquido não tiver sido inoculado, precisará ser super-resfriado. A inclinação da curva de resfriamento antes do início da solidificação é a taxa de resfriamento ¢T. À medida que a nucleação tem início calor latente de ¢t fusão é dissipado e a temperatura aumenta. Esse aumento da temperatura do líquido super-resfriado como resultado da nucleação da fase sólida é conhecido como recalescência. A solidificação prossegue isotermicamente à temperatura de solidificação, uma vez que o calor latente de fusão produzido pela solidificação é compensado pela dissipação de calor pelo resfriamento. Essa região entre os pontos D e E, onde a temperatura é constante, é conhecida como platô térmico. Esse platô é produzido porque a liberação do calor latente de fusão é contrabalanceada pelo calor que é dissipado durante o resfriamento. No ponto E, a solidificação está concluída e o material fundido sólido resfria a partir do ponto E até a temperatura ambiente.
 O que é superaquecimento? Qual sua importância para o processamento por fundição? Quais são os limites usuais adotados?
R: A diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura de solidificação é o superaquecimento.
 O que causa a parada térmica na curva de resfriamento de um metal puro?
R: A diferença entre a temperatura de vazamento e a temperatura de solidificação é o superaquecimento.
 O que é temperatura de Liquidus? E temperatura de Solidus?
R: Definimos temperatura liquidus como a temperatura mínima acima da qual um material está totalmente líquido.
A temperatura solidus é a temperatura máxima abaixo da qual a liga está 100% sólida.
 Qual é a intervalo de solidificação para um metal ou liga?E qual sua relação com a Mush Zone?
R: A diferença de temperatura entre a liquidus e a solidus é o intervalo de solidificação da liga. Observe que metais puros solidificam a uma temperatura fixa, ou seja, o intervalo de solidificação é zero. Duas fases coexistem dentro do intervalo de solidificação: uma líquida e outra sólida.
 Descreva as diferenças entre ligas de curto e longo intervalo (faixa) de solidificação. Qual a importância de se conhecer este comportamento das ligas?
R: 
 Discutir os papéis do volume do componente e da área de sua superfície, pois eles estão relacionados ao tempo total de solidificação e a equação de Chvorinov.
R: O volume da peça fundida e indica a quantidade de calor que deve ser removida antes que ocorra a solidificação. A é a superfície do fundido em contato com o molde e representa a superfície a partir da qual o calor é transferido do fundido, n é uma constante (normalmente próxima de 2) e B é a constante do molde. 
 Que características de um determinado processo de fundição são incorporadas à constante de molde, B, da equação de Chvorinov?
R: A constante do molde depende das propriedades e das temperaturas iniciais tanto do metal como do molde. Essa regra considera basicamente a geometria do fundido e as condições de transferência de calor. Tal regra resulta que um fundido com um volume pequeno e área de superfície relativamente grande resfriará rapidamente
 Por que a equação de Chvorinov é tão importante no projeto de componentes fundidos? Explique.
R: A constante do molde depende das propriedades e das temperaturas iniciais tanto do metal como do molde. Essa regra considera basicamente a geometria do fundido e as condições de transferência de calor. Tal regra resulta que um fundido com um volume pequeno e área de superfície relativamente grande resfriará rapidamente
 Defina o termo solidificação direcional. Por que a solidificação direcional poderia ser desejável na produção de um componente fundido?
R: No processo de SD, o molde é aquecido a em uma extremidade e resfriado na outra, produzindo uma microestrutura colunar com todos os contornos de grãos ao longo da direção lon- gitudinal da peça. Não há contornos de grãos presentes na direção transversal. É possível obter melhor resistência à deformação e à fratura utilizando a técnica de crescimento por solidificação direcional.
 Qual é a correlação existente entre taxa de resfriamento e propriedades finais de um fundido?
 Promovendo-se um resfriamento mais rápido obtêm-se melhores propriedades mecânicas, do mesmo modo, obtêm-se boas propriedades mecânicas no fundido realizando uma boa inoculação. Os mecanismos envolvidos nestas duas situações são os mesmos? Explique.
Um dado componente é fundido com o uso de um molde areia e um molde metálico. De qual componente se espera maior resistência mecânica e por quê?
R: Os processos que usam moldes metálicos tendem a gerar materiais fundidos com a maior resistência mecânica como consequência da solidificação mais rápida. Moldes de cerâmica, inclusive aqueles empregados na fundição de precisão, são bons isolantes térmicos e, com isso, os materiais fundi- dos são resfriados mais lentamente e a resistência mecânica tende a ser mais baixa
O que é zona coquilhada de uma peça fundida, e por que ela se forma?
R: A zona coquilhada é uma faixa estreita de grãos orientados aleatoriamente na superfície do material fundido. A parede do molde atua como substrato para a nucleação heterogênea. Dessa forma, o metal junto à parede do molde é a primeira região a resfriar até a temperatura de solidificação.
Qual das três regiões de uma estrutura bruta de fusão é a menos desejável? Por que suas propriedades são altamente direcionais?
R: A zona colunar contém grãos alongados orientados em dada direção cristalográfica. À me- dida que o calor é dissipado do material fundido para o molde, os grãos na zona coquilhada crescem na direção oposta à do fluxo de calor, ou seja, crescem das áreas mais frias para as mais quentes. Essa tendência normalmente significa que os grãos colunares crescem perpendicularmente à parede do molde.
Tem sido observado que: (a) baixas temperaturas de vazamento promovem a formação de grãos equiaxiais em vez de colunares e (b) e que os grãos equiaxiais tornam-se mais finos à medida que a temperatura de vazamento diminui. Explique estes dois fenômenos.
O que são drosses e escória, e como se pode impedir que estejam presentes em um componente fundido acabado?
Quais são algumas das abordagens possíveis que podem ser tomadas para evitar a formação de porosidade gasosa em um componente fundido?
R: Podemos minimizar a porosidade em materiais fundidos mantendo a temperatura do líquido a menor possível, isto é, evitando grande superaquecimento seja por meio da adição de substâncias ao líquido para combinar com o gás e formar uma escória, seja asse- gurando que a pressão parcial do gás permaneça baixa.
O que são os defeitos de falta de preenchimento e junta (solda) fria, e o que causa a sua formação?
Quais são os três estágios da contração ou retração, desde o líquido até a conversão em uma peça fundida acabada?
Por que é mais difícil evitar a formação de vazios de contração em ligas com grandes intervalos (faixas) de solidificação?
Que medidas podem ser tomadas para compensar os vários tipos de contração?
Como se pode determinar se cavidades existentes num fundido são consequências de contração ou de porosidade de gás?
Geralmente os produtos fundidos tendem a apresentar menor tenacidade à fratura que os componentes produzidos por forjamento, laminação, extrusão. Explique por que isso pode ocorrer.
Durante que estágio da contração podem se formar as trincas a quentes?
Qual é a função de um massalote?
Que tipos de problemas ou defeitos podem ocorrer se o material do molde proporcionar muito isolamento térmico (isso é, dificulta o resfriamento do metal fundido)?
 Por que é desejável projetar um componente fundido para que tenha solidificação direcional?
 O que é "rendimento metalúrgico", e como se relaciona com o número e tamanho dos massalotes?
Com base na regra de Chvorinov, qual seria a forma ideal para um massalote? Qual seria a forma desejável do ponto de vista prático?
Definir os seguintes termos relacionados aos massalotes: massalote de topo, massalote lateral, massalote aberto, massalote cego, massalote quente, e massalote frio.
Que suposições foram feitas ao utilizar a regra de Chvorinov para calcular o tamanho de um massalote? Por que a constante do molde, B, não está envolvida nos cálculos?
Qual é a finalidade de um resfriador? De uma luva isolante? De uma luva de material exotérmico?
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