Title

INFLUÊNCIA DA CONVECÇÃO NA TRANSIÇÃO COLUNAR/EQUIAXIAL E NA MICROESTRUTURA PARA LIGAS DO SISTEMA Sn-Pb SOLIDIFICADAS DIRECIONALMENTE E NA DESCENDENTE

INFLUENCE OF MELT CONVECTION ON THE COLUMNAR TO EQUIAXED TRANSITION AND MICROSTRUCTURE OF DOWNWARD UNSTEADY-STATE DIRECTIONALLY SOLIDIFIED Sn-Pb ALLOYS

Authorship

Spinelli, José Eduardo; Ferreira, Ivaldo Leão; Garcia, Amauri

Spinelli, José Eduardo

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Ferreira, Ivaldo Leão

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Garcia, Amauri

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DOI

10.5151/2594-5300-0061

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Abstract

Um dispositivo de solidificação unidirecional vertical descendente foi desenvolvido. Uma lingoteira de Aço Inoxidável 310 e uma Câmara de Refrigeração de aço inoxidável 310 com espessura útil de 3,0 mm foram utilizadas no processo de solidificação. Os experimentos foram conduzidos para ligas hipoeutéticas do sistema Sn-Pb. As temperaturas no lingote foram registradas através da colocação de termopares tipo J no seu interior. Por fim, os lingotes foram secionados para que fossem aplicados os procedimentos metalográficos e de microscopia óptica. Os objetivos do trabalho são: i. Determinar o coeficiente de transferência de calor metal/molde e os parâmetros térmicos envolvidos; ii. Investigar como a transição colunar/equiaxial e os espaçamentos dendríticos são afetados pela convecção presente no líquido; e, iii. Analisar comparativamente os resultados obtidos para ligas do sistema Sn-Pb nos sentidos descendente e ascendente de solidificação. Verificou-se que o critério proposto recentemente para a transição colunar/equiaxial baseado numa taxa de resfriamento crítica é aplicável também para este sentido de solidificação. Esta transição é antecipada devido à ocorrência de fragmentos dendríticos formadores dos grãos equiaxiais, causados pelas correntes convectivas. Por sua vez, os espaçamentos dendríticos primários experimentais diminuem no caso da solidificação vertical descendente se comparados com espaçamentos obtidos na solidificação ascendente em condições idênticas de taxa de resfriamento.

A combined theoretical and experimental approach is developed to quantitatively determine the solidification thermal parameters: transient heat transfer coefficients, tip growth rates and cooling rates during downward unsteady state solidification of hypoeutectic Sn-Pb alloys. For the growth conditions examined, solid in the top and melt bellow, with gravity pointing down, the rejection of solute into the melt during solidification results in increased melt density. The resulting thermosolutal convection can start in the melt both within the interdendritic region and ahead of the dendrite array. The experimental results have shown that melt convection may be causing pileup of fractioned dendritic arms, which must stimulate the CET occurrence. The results have supported a criterion recently proposed based on a critical cooling rate. For upward unidirectional condition this critical value was found to about 0.014 K/s for hypoeutectic Sn-Pb alloys. In the present study, in conditions of downward solidification, melt convection seems to favor the structural transition, which is anticipated and occurs for a critical cooling rate of about 0.03 K/s, for any of three hypoeutectic alloys experimentally examined. Primary dendritic arm spacings have been affected by the direction of growth, decreasing in conditions of downward vertical solidification when compared with those grown vertically upwards. A tendency of reduction of secondary dendritic arms has also been observed for the Sn 5wt pct Pb alloy solidified downwards when compared with those grown vertically upwards.

Keywords

TRANSIÇÃO COLUNAR/EQUIAXIAL, Sn-Pb, CONVECÇÃO.

COLUMNAR TO EQUIAXED TRANSITION, Sn-Pb ALLOYS, MELT CONVECTION.