Desenvolvimento de um modelo computacional para a analise de fenomenos simultaneos de solidificação e de deformação plastica de ligas metalicas
Ernandes Marcos da Silveira Rizzo
TESE
Português
(Broch.)
T/UNICAMP R529d
Campinas, SP : [s.n.], 1999.
260p. : il.
Orientador: Rezende Gomes dos Santos
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: Em determinados processos, como por exemplo no lingotamento contínuo de placas fmas de aço, lingotamento de tiras fmas (duplo-rolo) e forjamento semi-sólido, faz-se uso da aplicação da deformação plástica da peça com o núcleo da mesma parcialmente no estado líquido. Este processo geralmente...
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Resumo: Em determinados processos, como por exemplo no lingotamento contínuo de placas fmas de aço, lingotamento de tiras fmas (duplo-rolo) e forjamento semi-sólido, faz-se uso da aplicação da deformação plástica da peça com o núcleo da mesma parcialmente no estado líquido. Este processo geralmente acarreta variações na composição química e na microestrutura ao longo do produto a ser obtido. Neste trabalho, propõe-se dois modelos matemáticos que permitem analisar a movimentação das fases sólida e líquida antes, durante e após a aplicação da deformação plástica. Os modelos também possibilitam a determinação da variação da temperatura, da evolução da fração de sólido e da variação da composição no líquido e no sólido durante o processo de solidificação/deformação. São implementados dois tipos de modelos: i) Um modelo simplificado, considerando apenas a condução. Este modelo foi desenvolvido considerando a aplicação do método do contínuo; ii) Um modelo bidimensional que considera simultaneamente os fenômenos de convecção e de difusão. Neste modelo, é dado ênfase na incorporação de fenômenos ocorrendo em escala microscópica no modelo macroscópico de transporte de determinadas variáveis no sistema. As equações macroscópicas de conservação são introduzidas através do método de volumes ponderados. Os resultados numéricos são comparados com resultados experimentais obtidos pelo autor utilizando-se um dispositivo especialmente construído que permite a realização da solidificação controlada de um composto orgânico (SCN e acetona) de comportamento de solidificação similar às ligas metálicas. A comparação dos resultados numéricos com os resultados experimentais permitiu validar o modelo desenvolvido. A seguir o programa computacional desenvolvido é aplicado no estudo da solidificação/deformação plástica de um aço multicomponente
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Abstract: The deformation of the partially solidified strand during near net shape continuous casting of thin slabs is only one example of a technologically important process where a mushy zone is mechanically altered in order to achieve improved grain structures and homogeneity. However, the...
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Abstract: The deformation of the partially solidified strand during near net shape continuous casting of thin slabs is only one example of a technologically important process where a mushy zone is mechanically altered in order to achieve improved grain structures and homogeneity. However, the phenomena occurring during plastic deformation of a solidifying mush are poorly understood, have not been observed directly, and have not been modeled in detail. An experimental setup has been designed for performing controlled solidification experiments. The test material chosen is the transparent SCN-acetone alloy, which not only closely approximates the solidification behavior of metallic alloys, but also has similar mechanical properties as metais near the melting point. During the experiments, we have visualized and/or measured the convection pattems of the liquid, the local displacement and deformation rate of the mushy zone solid, temperature pro files using a set of thermocouples, and liquid compositions by withdrawing small samples. Results are presented for a range of experimental conditions. A mathematical model is presented that predicts the temperature and solid fraction profiles, liquid concentration evolution, and solid phase displacement during the deformation of a solidifying mush. Two mathematical models are developed. One uses continuum method and solves only the energy conservation equation for a one-dimensional situation. The second mathematical model takes in account conduction and convection and applies the volume averaging method, the enthalpy technique, and a coordinate transformation to avoid a changing mesh in a numerical solution. This model is derived considering a twodimensional case. The numerical results are found to closely match the experimental measurements. The two-dimensional model developed is applied to study the process of solidification/plastic deformation of multicomponent steel
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Ernandes Marcos da Silveira Rizzo
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