Título

EFEITOS DA DIFUSÃO MACROSCÓPICA NA FORMAÇÃO DA MACROSSEGREGAÇÃO DURANTE A SOLIDIFICAÇÃO DIRECIONAL

EFFECTS OF THE MACROSCOPIC DIFFUSION ON THE FORMATION OF MACROSEGREGATION DURINGDIRECTIONAL SOLIDIFICATION

Autoria

Regados, Ygor Amadeo Sartori; Martorano, Marcelo Aquino

DOI

10.5151/2594-5327-22916

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Resumo

Um modelo matemático para prever a formação da macrossegregação causada pela macrodifusão durante a solidificação direcional de ligas binárias foi proposto e implementado. As equações principais do modelo foram obtidas a partir da simplificação das equações gerais macroscópicas da conservação de massa e espécies químicas. Foi imposto ainda um perfil linear de temperatura, onde as isotermas apresentam uma velocidade constante. As equações diferenciais foram solucionadas pelo método dos volumes finitos e uma análise paramétrica do modelo foi realizada para se examinar o efeito do gradiente de temperatura e da velocidade de solidificação na formação da macrossegregação. A análise paramétrica indicou que um aumento do gradiente de temperatura e uma diminuição da velocidade de solidificação aumentam a macrossegregação induzida pela macrodifusão e aproximam a interface sólido-líquido não plana de uma interface plana. O aumento da velocidade de solidificação diminui o efeito da macrodifusão, resultando em um perfil de microssegregação local semelhante ao calculado pelo modelo de Scheil.

 

A mathematical model to predict the formation of the macrosegregation caused by macroscopic diffusion during directional solidification of binary alloys has been proposed. The main equations of the model were derived from simplifications of the general macroscopic equations for mass and species conservation. A linear temperature profile with constant isotherm velocity was imposed on the system. The differential equations of the model were numerically solved by the finite volume method and a parametric analysis was carried out to examine the effects of temperature gradient and solidification velocity on the level of macrosegregation. The parametric analysis has shown that either an increase in the temperature gradient or a decrease in the solidification velocity increases the macrosegregation induced by the macroscopic diffusion and changes the non-planar solid-liquid interface to a planar interface. A larger solidification velocity also decreases the macrodiffusion effects and the local microsegregation profile reduces to that given by the Scheil model.

Palavras-chave

Macrossegregação; Solidificação; Modelagem matemática.

Macrosegregation; Solidification; Mathematical modeling.