Modo, microestrutura e simulação da solidificação de um aço inoxidavel austenitico em um processo de fundição de precisão

Orientador : Rubens Caram JuniorTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecanicaResumo: A fundição de precisão é considerada com uma das mais antigas técnicas de fabricação envolvendo a conformação de metais e suas ligas. Apesar de ser utilizada há mais de 4.000 anos, esse processo é ainda largamente utilizado na fabricação de inúmeros produtos de engenharia, incluindo componentes de propulsores na industria aeronáutica e partes metálicas de implantes ortopédicos em aços inoxidáveis. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar a etapa de transformação líquido/sólido na fundição de um aço inoxidável austenítico AISI 3l6L através da investigação do modo, da microestrutura e da simulação de sua solidificação. Inicialmente, estudou-se o modo de solidificação através da técnica de solidificação direcional sob baixas taxas de crescimento, bem como através de ensaios de análise térmica diferencial. Constatou-se que o aço AISI 3l6L exibe modo A de solidificação, porém, dependendo do nível de segregação de solutos é possível observar o modo AF. Além disso, observou-se que a maioria dos elementos de liga desse aço exibe coeficiente de distribuição menor que a unidade. Esse estudo foi complementado por experimentos de solidificação direcional sob altas taxas de crescimento, o que permitiu correlacionar dimensões dendríticas com parâmetros do processo de transformação de fase. Em seguida, a fundição de uma haste metálica utilizada na reconstrução artificial de quadril foi implementada experimentalmente e virtualmente através da simulação da transferência de calor no processo, empregando o programa AFS Solidification System. O confronto entre resultados teóricos e experimentais mostrou concordância satisfatória. A partir da simulação do processo e de informações decorrentes do estudo do modo e da microestrutura de solidificação foi possível prever a microestrutura dendrítica ao longo da peça fundida. Tais resultados permitem afirmar que a simulação do processo de fundição apoiada em estudos da evolução microestrutural podem auxiliar a otimização da fundição no tocante a custos e qualidade do produto finalAbstract: Investment casting process is considered one of the oldest techniques of metal processing. Even considering this technique has been utilized for more than 4000 years, it is still extensively used to produce a number of engineering products, including aircraft engines components and artificial implant parts made of stainless steel. The main aim of this work is to evaluate liquid/solid transformation in a casting process of the AISI 316L type austenitic stainless steel by analyzing its mode, microstructure and simulation of solidification. Firstly, solidification mode was studying by using directional solidification at low growth rates as well as using differential thermal analysis. It was found that the AISI 316L type austenitic stainless steel exhibits A mode of solidification and, depending on the solute segregation level, it may present AF mo de of solidification. Also, it was observed that the most part of the steel alloy elements has distribution coefficient less than unity. In addition, directional solidification experiments at high growth rate were utilized to find a correlation between secondary dendrite arm spacing and solidification thermal parameters. Following, the investment casting of a metallic femoral stem used in artificial total hip replacement was experimentally made and virtually analyzed by using simulation of the heat transfer process using the AFS Solidification System software. Comparison between both theoretical and experimental results showed satisfactory agreement. By using simulation process supported by studies on mo de and microstructure of solidification it was possible to predict the dendritic microstructure in such a casting. This result allows one to apply casting simulation in order to optimize the casting process in respect to the costs and the quality of a final productDoutoradoMateriais e Processos de FabricaçãoDoutor em Engenharia Mecânic