Acessórios e equipamentos

• Balança digital Shimadzu, modelo BL3200H, carga máxima 3200g, leitura

mínima 0,01g. Utilizada para pesagem dos materiais a serem fundidos para obtenção das ligas, Figura 3.2-A;

• Cadinho de carbeto de silício Morganite, modelo SALAMANDER SIC AS 8,

curado e revestido internamente por uma camada de massa refratária Carborundum QF-180 para evitar contaminação da liga com o cadinho, Figura 3.2-B;

• Forno tipo mufla Brasimet, modelo K400 N2 com temperatura máxima de

1.300ºC, controle microprocessado de temperatura, Figura 3.2-C;

• Lingoteira bipartida, Figura 3.3, em aço inox AISI 310, com diâmetro interno de

60 mm, altura de 160 mm e parede com espessura de 5 mm, revestida com massa refratária. Base em aço carbono AISI 1020 com espessura, na área de contato com a liga, de 3 mm e com acabamento até a lixa 1200 mesh. A lingoteira possui em sua lateral 10 furos de 1,6 mm para inserção dos termopares utilizados para o registro da temperatura na liga a ser solidificada.

Figura 3-2 - (A) Balança digital, (B) cadinho de carboneto de silício

A B A

Figura 3-3 – Lingoteira bipartida (A) e base (B) (Goulart, 2010).

• Dispositivo de Solidificação Unidirecional Vertical Ascendente, trata-se de um

forno desenvolvido com o propósito de permitir a solidificação unidirecional vertical ascendente com aplicação de um fluxo contínuo de água na base da lingoteira. O forno tem seu corpo em formato cilíndrico construído em aço e possui uma camada interna de massa refratária seguida de suportes refratários para as resistências elétricas. A potência/temperatura do forno é controlada por um painel com controlador de temperatura. No espaço central do forno existem suportes para a fixação da lingoteira para vazamento do metal fundido. O sistema de refrigeração do dispositivo é formado por um duto, que se localiza na parte inferior do espaço onde fica a lingoteira, possibilitando ao fluido de refrigeração atingir a lingoteira na parte inferior, promovendo a extração de calor essencialmente na forma unidirecional e induzindo solidificação vertical ascendente. O dispositivo está montado sobre pés com amortecedores, que atuam no sentido de minimizar efeitos da vibração mecânica durante os experimentos, evitando assim a nucleação provocada por efeitos dinâmicos induzidos no metal líquido (Figuras 3.4, 3.5 e 3.6).

O processo de solidificação ocorre no sentido da base da lingoteira para o topo da mesma. Na frente de solidificação ocorrerá a rejeição soluto para

solidificação com coeficiente de redistribuição de soluto menores do que 1, como na presente situação experimental (solutos: Ag e Cu). Um fenômeno que pode ocorrer durante a solidificação é a convecção induzida por diferença de densidades. Haverá a formação de um líquido enriquecido de soluto tanto imediatamente à frente da interface de solidificação, quanto nas regiões intercelulares ou interdendriticas, e que poderá ser menos denso do que o restante do metal líquido. Isso induziria a formação de correntes convectivas, o que poderia acarretar um efeito de multiplicação cristalina e como consequência até levar a uma transição colunar/equiaxial antecipada. No sistema Al-Ag-(Cu) não ocorrerá esse fenômeno já que tanto a prata quanto o cobre rejeitados na frente de solidificação, provocarão a formação de um líquido mais denso do que o líquido de composição nominal, não ocorrendo portanto correntes de convecção nem induzidas por diferenças de densidade, e nem por diferenças de temperatura uma vez que no processo o gradiente de temperatura é crescente em direção ao topo do lingote e o forno é considerado isolado termicamente o suficiente para se considerar perdas de calor desprezíveis lateralmente ao lingote.

Lingotes direcionais colunares permitem uma análise experimental e cálculos teóricos mais confiáveis, tanto pelas medidas da escala da microestrutura que cresce em direção muito próxima à do fluxo de calor, quanto pela ausência de fluxos convectivos e laterais de calor, o que assegura somente condução térmica no metal facilitando a análise da transferência de calor no processo (Osório, 2000; Siqueira, 2002; Rocha, 2003C).

Figura 3-4 – Dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente.

Figura 3-5 – Lingoteira posicionada no dispositivo de solidificação unidirecional vertical

Figura 3-6 - Representação esquemática do dispositivo de solidificação ascendente (Faria, 2015).

• Equipamento de Aquisição de Dados: as variações de temperatura no metal

desde o preenchimento do molde até o final da solidificação foram registradas em um sistema de aquisição de dados de fabricação Lynx de 12 bits de resolução com controlador de aquisição, modelo ADS1000 acoplado a um microcomputador. O sistema de aquisição possui duas placas, uma para 16 termopares tipo K e outra para 16 termopares tipo J, sendo o primeiro canal da placa K reservado para medir a temperatura do ambiente (junta fria). O equipamento foi programado para a obtenção de 10 leituras de temperatura por segundo. A Figura 3.6 mostra a representação esquemática do dispositivo de solidificação;

• Haste em aço inoxidável, revestida com suspensão à base de alumina para

homogeneização do banho por agitação e retirada da camada de óxido formada na superfície antes do vazamento;

• Garra metálica, utilizada para introduzir e/ou retirar os cadinhos de dentro do

forno durante as operações de fusão e vazamento do metal na lingoteira;

• Massa refratária QF-180 daUNIFRAX, basicamente uma suspensão à base de

fibra cerâmica sílico-aluminosa utilizada para revestimento interno dos cadinhos, haste, lingoteiras e espátula, com o objetivo de evitar contaminação das ligas em elaboração.

• Um rotâmetro de acrílico, com quilha flutuadora de aço inoxidável 304 e com faixa de medição de 4 a 36 LPM, fabricado pela Key Instruments, foi utilizado para o controle do fluxo de água que escoa através da câmara de refrigeração dos dispositivos utilizados, controlando a vazão para todos os experimentos. O equipamento apresenta variação de ± 2% em relação ao fundo de escala e é projetado para temperaturas limites da ordem de 70 °C;

• Termoparesforam utilizados termopares localizados ao longo do comprimento da

lingoteira, com isolação mineral, Tipo K: Chromel (+) – Alumel (-); Faixa de utilização: (0 a 1260) °C (0,000 a 50,990) mV; Potência termoelétrica: (4,04 mV / 100°), junção de medição isolada e bainha de aço inoxidável com 1,5 mm de diâmetro externo para monitorar o perfil de temperatura apresentado durante o processo de solidificação;

• Serra de fita, foram utilizados dois modelos de serra de fita: a Starrett modelo

S1101 de bancada para corte dos corpos de prova e a serra Franho modelo FM 18S para cortes maiores no lingote;

• Embutidora para embutir os corpos de prova em baquelite que foram analisados