Title

EFEITO DA DISTRIBUIÇÃO DE NÚCLEOS E DA REJEIÇÃO DE SOLUTO NA SOLIDIFICAÇÃO EQUIAXIAL

EFFECT OF THE NUCLEI DISTRIBUTION AND SOLUTE REJECTION ON THE EQUIAXED SOLIDIFICATION

Authorship

Júnior, Francisco Lameiras; Martorano, Marcelo Aquino

Júnior, Francisco Lameiras

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Martorano, Marcelo Aquino

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DOI

10.5151/2594-5327-0326

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Abstract

Um modelo matemático multifásico para a solidificação equiaxial de ligas binárias capaz de prever o efeito da taxa de resfriamento na quantidade final de grãos presente na estrutura bruta de solidificação é proposto no presente trabalho. O modelo matemático foi desenvolvido através do conceito de envelope envolvendo os grãos equiaxiais, utilizando as equações de conservação de energia, massa e espécies químicas. O modelo de nucleação utilizado possibilitou o surgimento de novos núcleos durante todo o período de resfriamento. As equações diferenciais foram obtidas através de uma média volumétrica das equações de conservação em um volume elementar representativo contendo três "pseudofases": sólido, líquido interdendrítico e líquido extradendrítico. Inicialmente os resultados do modelo foram comparados com resultados apresentados na literatura, mostrando uma aderência razoável. Posteriormente, duas simulações com taxas de resfriamento diferentes foram realizadas, mostrando que a maior taxa de resfriamento resulta em uma maior quantidade de grãos na estrutura final e, conseqüentemente, um menor tamanho de grão.

A multiphase mathematical model for the equiaxed solidification of binary alloys was proposed in the present work to predict the effects of the cooling rate on the number of grains observed in the as-cast macrostructure. The mathematical model was based on the concept of the grain envelope and on the conservation of energy, mass and chemical species. A nucleation model was adopted to consider the nucleation of new grains during the whole solidification time. The differential equations were derived from the volume average of conservation equations within a representative elementary volume that consisted of three pseudophases: solid, interdendritic liquid, and extradendritic liquid. First, results from the model were compared with those available in the literature, showing reasonable agreement. Second, simulations for two different cooling rates were carried out and showed that an increase in cooling rate increases the final number density of equiaxed grains and, consequently, decreases the final average grain size.

Keywords

Solidificação equiaxial; Modelo multifásico; Nucleação contínua.

Equiaxed solidification; Multiphase model; Continuous nucleation.