Modelo Matemático Unificado Para Micro- E Macrossegregação Em Solidificação Direcional Planar E Celular

Abstract

ResumoUm modelo para prever a formação da macrossegregação em ligas metálicas binárias foi proposto e implantado a partir das equações macroscópicas de conservação de massa e espécies químicas, resolvidas numericamente em forma adimensionalizada através do Método dos Volumes Finitos para a realização de uma análise paramétrica, na qual se verificou o efeito de parâmetros de processo como o gradiente e a velocidade de solidificação, além de parâmetros do material como o coeficiente de partição de soluto. A análise paramétrica indicou condições nas quais a macrossegregação induzida pela macrodifusão se torna considerável, convergindo para sistemas com interface plana, enquanto altas velocidades de solidificação tornam esse efeito desprezível, aproximando o sistema do perfil de solidificação de Scheil para a fração de sólido. O efeito da reação eutética também foi avaliado, indicando sua influência na formação da segregação de soluto e na estabilidade da interface sólido-líquido planar. Palavras-chave: Macrossegregação; Solidificação direcional; Estabilidade interfacial. UNIFIED MATHEMATICAL MODEL OF MICRO AND MACROSEGREGATION FOR PLANAR/CELLULAR UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION AbstractA model to predict the formation of macrosegregation in binary metallic alloys was proposed and implemented using macroscopic conservation equations for mass and chemical species. The equations were solved with the Finite Volume Method using a scaled format prepared for a parametrical analysis, in which the effect of process parameters, such as the thermal gradient or solidification velocity, and material properties, like the solute partition coefficient, was evaluated. The analysis pointed conditions where diffusion-induced macrosegregation becomes important until converging to a planar-interface system, while high solidification velocities rendered it negligible, moving it towards the Scheil model. The eutectic reaction's effect was also checked, showing its influence in solute segregation and in the planar interface stability.