O efeito da taxa de arrefecimento na fundição é significativo e pode ter um impacto direto na microestrutura e nas propriedades do material fundido.
Taxas de resfriamento mais altas em peças fundidas de ligas de alumínio, como as ligas A356 e A357, resultam em microestruturas mais finas com menor espaçamento entre braços de dendritas secundárias (SDAS) e partículas eutéticas refinadas. Esta microestrutura mais fina leva a uma melhor ductilidade e propriedades de tração no material fundido [3,4].
A taxa de arrefecimento durante a fase de arrefecimento do processo de fundição pode ser influenciada por vários factores. Um fator é o processo de pós-aquecimento e arrefecimento. É importante reaquecer a peça fundida uniformemente e depois envolvê-la num material que ajude a reter o calor e permita que a peça arrefeça o mais lentamente possível. O arrefecimento rápido pode levar a um aumento dos gradientes térmicos dentro da peça fundida, o que pode resultar num arrefecimento desigual e numa potencial distorção ou fissuração [8].
Durante a fase de arrefecimento, podem ocorrer diferentes fases de arrefecimento, incluindo a fase de vapor, a fase de ebulição e a fase de convecção. A taxa de arrefecimento pode variar durante estas fases, e o controlo destas fases é crucial para alcançar as propriedades desejadas no material fundido. A fase de vapor, que ocorre quando o óleo se transforma em vapor devido ao efeito do calor, conduz ao arrefecimento mais rápido devido à absorção do calor latente de vaporização. No entanto, o isolamento excessivo causado pela formação de uma bainha de vapor à volta da peça pode reduzir a eficiência da velocidade de arrefecimento. A fase de convecção ocorre quando a temperatura se torna mais baixa e a fase de vapor desaparece, permitindo que a convecção do óleo termine o arrefecimento até à temperatura de equilíbrio [8].
É importante notar que o arrefecimento da peça nunca é uniforme devido às diferentes espessuras da secção da própria peça. Estas heterogeneidades de arrefecimento podem levar a transformações martensíticas em diferentes momentos durante a fase de arrefecimento, o que pode resultar em expansão e distorções da peça. O cruzamento do ponto Ms (temperatura de início da martensite) em diferentes momentos pode gerar tensões e potenciais distorções no material fundido [8].
No caso da soldadura, o aquecimento localizado pode causar uma expansão restrita, e a tensão resultante depende do gradiente térmico entre a zona aquecida (HZ) e o corpo da peça fundida. O pré-aquecimento da peça fundida antes da soldadura pode ajudar a minimizar o gradiente térmico e a reduzir a tensão de tração causada pela soldadura. Nos casos em que o pré-aquecimento não é possível, a utilização de processos de soldadura a baixa temperatura e de varetas ou fios de soldadura com baixo ponto de fusão pode ajudar a minimizar a tensão e a potencial fissuração [8].
Em resumo, a taxa de arrefecimento durante a fundição pode ter um efeito significativo na microestrutura, propriedades e potenciais distorções ou fissuras no material fundido. Taxas de arrefecimento mais elevadas em peças fundidas de ligas de alumínio podem resultar em microestruturas mais finas e melhores propriedades de ductilidade e tração. O controlo das fases de arrefecimento e a minimização dos gradientes térmicos durante o arrefecimento são importantes para alcançar as propriedades desejadas e minimizar potenciais distorções ou fissuras. O pré-aquecimento na soldadura pode ajudar a reduzir o stress e a potencial fissuração durante a fase de arrefecimento.
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