Título

MODELO HÍBRIDO DETERMINÍSTICO-ESTOCÁSTICO PARA PREVISÃO DA MACROESTRUTURA BRUTA DE SOLIDIFICAÇÃO SOB EFEITO DA DECANTAÇÃO DE GRÃOS

HYBRID STOCHASTIC-DETERMINISTIC MODEL FOR THE PREDICTION OF THE AS CAST GRAIN STRUCTURE UNDER GRAIN SETTLING

Autoria

Caradec, Pierre D’Amelio Briquet; Martorano, Marcelo de Aquino

DOI

10.5151/2594-5327-17931

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Resumo

Propõe-se um modelo matemático para prever a macroestrutura bruta de solidificação sob efeito da decantação de grãos. Combinou-se um modelo determinístico baseado nas equações de conservação de massa, energia e espécies químicas com a técnica do autômato celular para simular a nucleação, o crescimento a decantação de grãos no metal líquido. O modelo foi aplicado na solidificação de um grão isolado decantando em um líquido super-resfriado, mostrando um aumento de temperatura e da concentração de soluto em regiões inferiores devido à rejeição de calor latente e de soluto para o líquido externo durante a decantação. O modelo também foi aplicado na solidificação unidirecional ascendente ou descendente. Na solidificação ascendente, a decantação de grãos resulta em uma macroestrutura completamente de grãos colunares onde, sem o efeito de decantação, existiriam grãos colunares e equiaxiais. Na solidificação descendente, a zona colunar é bloqueada pela camada de grãos que sedimentaram na base do molde.

 

A new mathematical model is proposed to predict the as-cast grain macrostructure subject to the effect of grain settling. This model was a combination of a deterministic model, based on equations of mass, energy, and chemical species conservation, and the cellular automaton technique to simulate the nucleation, growth and settling of grains within the liquid metal. The model was applied to the solidification of a single grain settling in an undercooled liquid and showed an increase in temperature and solute concentration in the lower regions as a result of the latent heat release and solute transfer from the grain envelopes to the liquid. The model was also applied to the upwards and downwards unidirectional solidification. In the upwards solidification, the settling of grains results in a completely columnar grain structure where, in the absence of settling, the model predicts both columnar and equiaxed grains. In the downwards solidification, the columnar grains growing downwards are blocked by the equiaxed grains that settle and grow upwards at the ingot base.

Palavras-chave

Solidificação; Autômato celular; Decantação; Modelo estocástico.

Solidification; Cellular automaton; Settling; Stochastic model.