Title

MODELO DE CAMPO DE FASES PARA A SOLIDIFICAÇÃO EQUIAXIAL DE METAL PURO EM ELEVADAS ANISOTROPIAS INTERFACIAIS E CINÉTICAS

PHASE-FIELD MODEL IN EQUIAXIAL SOLIDIFICATION OF PURE METAL UNDER HIGH SURFACE ENERGY AND KINECT COEFFICIENT ANISOTROPIES

Authorship

Maciel, Rodrigo Ramalho; Martorano, Marcelo Aquino

Maciel, Rodrigo Ramalho

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Martorano, Marcelo Aquino

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DOI

10.5151/1516-392X-31535

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Abstract

O modelo de campo de fases de interface fina para metal puro foi implementado para estudar o efeito de propriedades interfaciais com anisotropia relativamente elevada na solidificação dendrítica equiaxial. As equações desse modelo foram adimensionalizadas e solucionadas pelo método das diferenças finitas, em sua formulação explícita. Foi considerado o crescimento de uma dendrita equiaxial simétrica, permitindo a definição de um domínio de cálculo igual a um quarto do domínio total e suficientemente grande para ser considerado semi-infinito durante toda a simulação. Estudou-se o efeito das anisotropias na energia da interface sólido-líquido por unidade de área e no seu coeficiente cinético de crescimento. Quando não há anisotropia no coeficiente cinético, nota-se que a velocidade de crescimento da ponta do braço dendrítico aumenta e o seu raio de curvatura diminui com o aumento da anisotropia da energia interfacial, mas torna-se aproximadamente constante em anisotropias relativamente elevadas. Além disso, observam-se facetas ao longo do braço dendrítico principal. Sem anisotropia da energia interfacial, a orientação preferencial de crescimento tornou-se clara apenas em elevadas anisotropias do coeficiente cinético de crescimento. Na presença dos dois tipos de anisotropias, o braço dendrítico primário sempre cresceu na direção preferencial, mas ramificações facetadas (braços secundários) foram observadas apenas em elevadas anisotropias da energia interfacial.

The phase-field model with thin interface for pure metal was implemented to investigate the effects of relatively high anisotropy on interfacial properties during equiaxed solidification. The dimensionless form of the equations was solved using an explicit finite difference method. Symmetric, equiaxed dendritic growth was considered, allowing definition of a quarter of the actual domain. This domain was sufficiently large to be considered semi-infinite. The effects of the anisotropy in the surface energy per unit area of the solid-liquid interface and in its kinetic growth coefficient were investigated. Without anisotropy in the kinetic coefficient, the dendrite tip growth velocity increases and its curvature radius decreases with an increase in the interfacial area anisotropy. Furthermore, facets are observed along the primary dendrite arm. Without anisotropy in the interfacial energy, a preferred growth direction of the primary arm is clear only under relatively high anisotropy. The combined effects of anisotropy in both interfacial energy and kinetic growth coefficient results in a well-defined growth direction in all studied conditions. However, only under relatively high anisotropies, are faceted ramifications seen along the primary dendrite arm and at tip radius.

Keywords

Campo de fases; anisotropia interfacial.

Phase-field; interfacial anisotropy.