Solidificação dos Metais

TM229 – Introdução aos materiais

SOLIDIFICAÇÃO

1. Introdução
O processo de solidificação ocorre em duas etapas denominadas de nucleação e crescimento. Inicialmente forma-se um pequeno núcleo sólido, no seio do liquido, que posteriormente cresce. Isto sucede com vários núcleos simultaneamente até que todo o material seja um sólido.
A evolução do processo de solidificação depende em uma primeira instância da composição química do material, assim um sólido cristalino puro apresenta uma temperatura de fusão/solidificação única, Tf, sendo que acima de Tf a energia livre do sólido é tão mais elevada do que a do liquido, que este é mais estável. Abaixo de Tf é o solido que apresenta menor energia livre. No caso de ligas metálicas a solidificação ocorre em uma faixa de temperaturas que depende da composição especifica da liga em estudo, figura 1. Em qualquer dos casos, durante o processo de resfriamento o liquido não se transforma instantaneamente em sólido ao atingir Tf, é necessário um certo grau de super-resfriamente para que se forme o núcleo cristalino. Depois que ocorre a nucleação, a temperatura do liquido aumenta em consequência da evolução do calor latente, e permanece apenas um pequeno superresfriamento até que a solidificação se complete. Poros, devido à contração e bolhas também podem nuclear e crescer à medida que metal solidifica, gerando defeitos no produto final.

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T

T

a)

tempo

b)

tempo

Figura 1 - Curva de resfriamento para um metal puro (a) e para uma solução sólida (b)

2. Nucleação
A formação de partículas pode se iniciar seguindo um processo de nucleação homogênea ou heterogênea. Embora o segundo caso, represente o que ocorre na prática, para melhor entendimento é necessário um estudo do mecanismo de nucleação homogênea.

2.1.Nucleação homogênea
Na eventualidade do liquido apresentar a mesma temperatura em todos os pontos e de não existirem