·
Engenharia Mecânica ·
Processos de Usinagem
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ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA CDSISIS NA AUTOMAÇÃO DE UNIDADES DE INFORMAÇÃO NO ESTADO DO PARANÁ UM ESTUDO DE CASO Telêmaco Borba PR 2022 ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA CDSISIS NA AUTOMAÇÃO DE UNIDADES DE INFORMAÇÃO NO ESTADO DO PARANÁ UM ESTUDO DE CASO Trabalho apresentado para a disciplina de xxxxxxxxx do Curso de xxxxxxxxxx do Centro Universitário UNIFATEB como requisito parcial para aprovação desta disciplina Orientador Prof Ms Jorge Dovhepoly Telêmaco Borba PR 2022 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 00 2 DESENVOLVIMENTO 00 21 TÍTULO DA SEÇÃO 00 211 Título da Seção 00 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS 00 REFERÊNCIAS 00 ANEXOS 00 1 INTRODUÇÃO É a primeira parte do texto1 Configura ordinariamente e a despeito do título atribuído os fundamentos do estudo Nela devem constar a delimitação do assunto tratado os objetivos do estudo e as razões de sua elaboração além de outros elementos relevantes para situar o tema do trabalho NBR 14724 Logo deve ser elaborada de forma clara e concisa de modo que o leitor penetre na problemática abordada para se familiarizar com os termos e limites da pesquisa Neste sentido vale referir Köche 1982 p 89 O objetivo principal da introdução é situar o leitor no contexto da pesquisa O leitor deverá perceber claramente o que será analisado como e por que as limitações encontradas o alcance da investigação e suas bases teóricas gerais Ela tem acima de tudo um caráter didático de apresentação levandose em conta o leitor a que se destina e a finalidade do trabalho A introdução não deve entretanto repetir ou parafrasear o resumo nem dar os dados sobre a teoria experimental o método ou os resultados nem antecipar as conclusões e as recomendações contidas ou decorrentes no estudo NBR 107192 1 Texto extraído do livro Normas e padrões para teses dissertações e monografias para fins de exemplificação dos estilos criados no presente modelo 2 Texto pertinente texto texto texto texto texto texto 3 2 TÍTULO DA SEÇÃO PRIMARIA Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 21 RECURSOS HÍDRICOS NO BRASIL Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 211 Titulo da Seção Secundária Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 4 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 5 REFERÊNCIAS ANDRADE D C Bibliotecas universitárias de ciências humanas e sociais R Esc Bibliotecon UFMG v 13 n 1 p 91107 mar 1984 BOTELHO T M G de Inovação e pesquisa em biblioteconomia e Ciência da Informação In CONGRESSO BRASILEIRO DE BIBLIOTECONOMIA E DOCUMENTAÇÃO 10 1979 Curitiba Anais Curitiba Associação Bibliotecária do Paraná 1980 v 1 p 21625 CERVO A L BERVIAN P A Metodologia científica São Paulo McGraw Hill do Brasil 1976 FERREIRA L S Bibliotecas universitárias brasileiras análise de estruturas centralizadas e descentralizadas São Paulo Pioneira 1980 FINI M B Motivação e clima organizacional Rel Hum n 10 p 1518 set 1990 KUNSCH M M K Universidade e comunicação na edificação da sociedade São Paulo Loyola 1992 MACEDO N D de A biblioteca universitária o estudante e o trabalho de pesquisa 1980 Tese Doutorado Faculdade de Letras e Ciências Humanas Universidade de São Paulo São Paulo 6 FATEB agora é UNIFATEB Sempre à frente sempre em frente UNIFATEB TÍTULO Nome do Acadêmico UNIFATEB 1 INTRODUÇÃO Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipiscing elit sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua Ut enim ad minim veniam quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur Excepteur sint occaecat cupidatat non proident sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum UNIFATEB FATEB agora é UNIFATEB Sempre à frente sempre em frente UNIFATEB ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS Nome do Acadêmico 1 INTRODUÇÃO A solidificação unidirecional é um processo metalúrgico crucial para a fabricação de componentes com propriedades mecânicas superiores e com microestruturas controladas Este método se caracteriza no crescimento dos cristais em um metal ou em uma liga metálica predominantemente em uma direção específica resultando em materiais com alta resistência à fadiga e à fratura essenciais para aplicações em ambientes exigentes como a indústria aeroespacial e de turbinas a gás A principal característica que permite que a solidificação unidirecional obtenha resultados favoráveis está relacionada com o controle eficaz do gradiente térmico que uma vez obtido minimiza o surgimento de defeitos internos como porosidade segregação de solutos fendas de contração inclusões não metálicas grãos equiaxiais etc e anisotropias indesejadas como variações nas propriedades mecânicas do material principalmente na ductilidade tenacidade condutividade e expansão térmica etc permitindo a produção de ligas metálicas com características homogêneas UNIFATEB ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS UMA PESQUISA CIENTÍFICA SOBRE O ASSUNTO Telêmaco Borba PR 2024 ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS UMA PESQUISA CIENTÍFICA SOBRE O ASSUNTO Trabalho apresentado para a disciplina de xxxxxxxxx do Curso de xxxxxxxxxx do Centro Universitário UNIFATEB como requisito parcial para aprovação desta disciplina Orientador Prof Ms Jorge Dovhepoly Telêmaco Borba PR 2024 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 03 2 DEFINIÇÕES DO PROCESSO 04 21 ETAPAS PRINCIPAIS DA SOLIDIFICAÇÃO 05 22 ETAPAS E FATORES PRINCIPAIS QUE INFLUENCIAM A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL 07 23 PRECISÃO E ASPECTO DA PEÇA ACABADA 09 24 CUSTOS DO PROCESSO 10 25 TIPOS DE MATERIAIS APLICADOS 11 26 EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS 13 3 PRINCIPAIS APLICAÇÕES E TIPOS DE PEÇAS PRODUZIDAS 14 4 INOVAÇÕES DO PROCESSO 15 REFERÊNCIAS 17 3 1 INTRODUÇÃO A solidificação unidirecional é um processo metalúrgico crucial para a fabricação de componentes com propriedades mecânicas superiores e com microestruturas controladas Este método se caracteriza no crescimento dos cristais em um metal ou em uma liga metálica predominantemente em uma direção específica resultando em materiais com alta resistência à fadiga e à fratura essenciais para aplicações em ambientes exigentes como a indústria aeroespacial e de turbinas a gás A principal característica que permite que a solidificação unidirecional obtenha resultados favoráveis está relacionada com o controle eficaz do gradiente térmico que uma vez obtido minimiza o surgimento de defeitos internos como porosidade segregação de solutos fendas de contração inclusões não metálicas grãos equiaxiais etc e anisotropias indesejadas como variações nas propriedades mecânicas do material principalmente na ductilidade tenacidade condutividade e expansão térmica etc permitindo a produção de ligas metálicas com características homogêneas Este trabalho visa definir e explorar os princípios fundamentais da solidificação unidirecional suas técnicas de implementação e as vantagens significativas que oferece em comparação com os métodos tradicionais de solidificação Além disso serão discutidas as aplicações práticas e os avanços tecnológicos que têm impulsionado o desenvolvimento de materiais de alto desempenho demonstrando a importância contínua dessa técnica na engenharia de materiais 4 2 DEFINIÇÕES DO PROCESSO O processo de solidificação de metais e ligas metálicas é iniciado quando a massa de material ainda no estado líquido é exposta as condições de resfriamento Deve se compreender que o resultado da solidificação depende do grau de controle e da intensidade do processo de resfriamento O processo de solidificação ao ser realizado em condições de resfriamento extremamente lento de tal maneira que se estabelece uma sequência de condições de quaseequilíbrio do material até à temperatura ambiente quando os gradientes de transferência de calor por condução e convecção são anulados esperase que as fases e suas frações volumétricas da microestrutura sigam as condições prescritas pelo diagrama de equilíbrio de fases Entretanto se a solidificação for realizada em condições opostas ou seja em condições de resfriamento ultrarrápido solidificação rápida que é viável para amostras de pequenas dimensões ou camadas de pequenas espessuras como em processos de refusão por laser a microestrutura poderá ser caraterizada por fases fora do equilíbrio e até mesmo por fases amorfas vítreas Na grande maioria dos processos industriais envolvendo a solidificação as condições de resfriamento a partir do estado líquido da massa de material ficam em posição intermediária aos dois extremos mencionados anteriormente Neste aspecto podemos citar operações de fabricação como o lingotamento estático e contínuo fundição em moldes refratários ou moldes permanentes utilização de pressão e refrigeração solidificação em processos de soldagem etc Portanto os estudos existentes na literatura a respeito da influência das condições de solidificação notadamente dos parâmetros térmicos em aspectos da macroestrutura e da microestrutura de ligas metálicas são realizados de forma a contemplar as condições próximas daquelas que ocorrem nesses processos industriais e se estabelecem principalmente em duas técnicas Solidificação unidirecional em regime permanente crescimento BridgmanStockbarger 5 Solidificação unidirecional em condições de fluxo de calor transitório Na primeira técnica os parâmetros térmicos como velocidade de solidificação VS e gradiente térmico GT são artificialmente controlados e mantidos constantes durante todo o experimento Na segunda técnica a velocidade de solidificação VS e o gradiente térmico GT variam livremente com o tempo e são interdependentes podendo ser sintetizados em cada ponto da peça solidificada pela taxa local de resfriamento T cuja equação é instituída da seguinte maneira T GTVS Essas duas técnicas permitem que se estabeleçam leis relacionando parâmetros da microestrutura com os parâmetros térmicos da solidificação Garcia 2007 21 ETAPAS PRINCIPAIS DA SOLIDIFICAÇÃO A teoria de solidificação é fundamental para o planejamento dos processos de fundição e lingotamento As estruturas de solidificação são dependentes de parâmetros térmicos como o coeficiente de transferência de calor de convecção térmica no metalmolde hi velocidade de evolução da isotermaLíquidus VL gradientes de temperatura GT taxas de resfriamento T e o tempo local de solidificação tt Essas variáveis exercem influência direta na morfologia macroestrutural e microestrutural de solidificação Em regime de solidificação transitória esses parâmetros variam simultaneamente com o tempo Brito 2016 A transformação líquidosólido é acompanhada por liberação de energia térmica e a análise da transferência de calor na solidificação apresenta essencialmente dois objetivos Determinação da distribuição de temperaturas no sistema materialmolde Determinação da cinética da solidificação Garcia 2007 Dependendo do tipo do molde a sua da capacidade de extração de calor no 6 processo de solidificação ocorrerá com maior ou menor intensidade exercendo influência direta nas taxas de resfriamento Figura 1 a Elemento de referência representativo do sistema metalmolde e b Modos de transferência de calor atuantes no sistema metalmolde Adaptado de Rocha 2003 O elemento de referência indicado na Figura 1a está representado esquematicamente pela 1b que mostra em detalhe dos modos de transferência de calor atuantes i Condução térmica no metal e no molde ii Transferência newtoniana na interface metalmolde iii Convecção no metal líquido e na interface moldeambiente e radiação térmica do molde para o meio ambiente iv Radiação térmica do molde para o meio ambiente 7 Em decorrência do processo de solidificação ocorre a formação de uma camada de ar entre o metal e o molde consequência de mecanismos de interação físico química do metal com o molde oriundo da contração do metal e da expansão do molde criando uma resistência térmica à passagem do calor em direção ao molde O inverso dessa resistência é conhecido como coeficiente de transferência de calor por convecção térmica no metalmolde hi A resistência térmica na interface metalmolde varia com o tempo e para moldes refrigerados pode ser representada na forma de um coeficiente global de transferência de calor hg que incorpora as resistências térmicas metalmolde da espessura do molde refrigerado e do fluido de refrigeração A caracterização dos perfis transitórios de hi ou hg ao longo da solidificação torna possível a determinação das velocidades de deslocamento das isotermas Liquidus VL e Solidus dos gradientes térmicos GT e das taxas de resfriamento T ao longo do processo de solidificação A determinação de tais parâmetros é feita com base na análise matemática da solidificação por meio de modelos teóricos ou por métodos experimentais No caso de ligas binárias que solidificam em um intervalo de temperaturas esses parâmetros referemse à interface entre a isoterma Liquidus e o metal líquido Garcia 2007 22 ETAPAS E FATORES PRINCIPAIS QUE INFLUENCIAM A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL O processo de solidificação unidirecional como mencionado nos tópicos anteriores pode ser realizado de várias maneiras pois as inúmeras variáveis podem adotar diferentes parâmetros ao longo do processo No entanto iremos adotar o método de Bridgman como referência neste trabalho O mesmo se caracteriza por envolver o uso de um forno com um gradiente de temperatura bem definido Abaixo estão listados as principais etapas e os fatores que contribuem para a obtenção de diferentes resultados Aquecimento O material a ser solidificado é colocado em um cadinho e aquecido até atingir o estado líquido 8 Temperatura do forno A temperatura do forno deve ser controlada com precisão para manter o material completamente líquido antes de iniciar a solidificação Flutuações na temperatura podem causar solidificação prematura e formação de defeitos Composição da liga metálica A composição química da liga metálica influencia seu ponto de fusão e o comportamento durante a solidificação Diferentes elementos de liga podem alterar a taxa de solidificação e a microestrutura resultante Atmosfera do forno A atmosfera dentro do forno por exemplo argônio vácuo etc pode afetar a pureza do material e a formação de óxidos ou outras inclusões Uma atmosfera controlada ajuda a evitar contaminação e formação de defeitos Design do cadinho O material e o design do cadinho incluindo seu formato e revestimento interno influenciam a transferência de calor e a nucleação dos cristais Cadinhos feitos de materiais com alta condutividade térmica podem promover uma solidificação mais uniforme Condutividade térmica do material A condutividade térmica do material em solidificação afeta a forma como o calor é dissipado durante o processo Materiais com alta condutividade térmica solidificam de maneira diferente em comparação com materiais de baixa condutividade Controle de fluxo de calor energia O controle do fluxo de calor através do cadinho e do material é essencial para garantir uma solidificação controlada Isso inclui o uso de isolantes térmicos e mecanismos de controle de temperatura Gradiente Térmico GT Um gradiente de temperatura é estabelecido ao longo do material com uma região quente na parte superior e uma região fria na parte inferior 9 Um gradiente térmico bem definido é crucial para a solidificação unidirecional O gradiente determina a direção e a taxa de crescimento dos cristais Um gradiente inadequado pode resultar em crescimento de grãos equiaxiais ou em direções indesejadas Movimento do cadinho O cadinho contendo o material líquido é movido lentamente da região quente para a região fria ou viceversa permitindo que a solidificação comece na região fria e progrida unidirecionalmente para a região quente A velocidade com que o cadinho é movido através do gradiente térmico GT afeta diretamente o tamanho e a orientação dos grãos Uma velocidade muito rápida pode levar à formação de defeitos enquanto uma velocidade muito lenta pode causar crescimento desordenado dos cristais Crescimento dos cristais À medida que a solidificação avança os cristais crescem em uma direção preferencial geralmente alinhados com o gradiente térmico 23 PRECISÃO E ASPECTO DA PEÇA ACABADA A precisão alcançada no controle do gradiente térmico e na velocidade de retirada do cadinho assegura que a orientação dos grãos seja uniforme reduzindo anisotropias indesejadas e melhorando a resistência mecânica ductilidade e tenacidade da peça final As peças produzidas por solidificação unidirecional apresentam uma homogeneidade excepcional em suas propriedades mecânicas O acabamento superficial das peças tende a ser de alta qualidade necessitando de menos retrabalho e tratamento pósprodução o que aumenta a eficiência e a economia do processo Além disso podese citar outras vantagens no que diz respeito a peças solidificadas unidirecionalmente 10 Resistência Melhorada à Creep Maior resistência à deformação plástica lenta creep em altas temperaturas Homogeneidade Química O controle preciso da solidificação reduz a segregação de solutos resultando em uma composição química mais uniforme ao longo da peça o que melhora suas propriedades físicas e mecânicas Redução de Tratamentos Térmicos Devido à uniformidade da microestrutura e à minimização de defeitos muitas vezes há uma redução na necessidade de tratamentos térmicos pósprodução economizando tempo e recursos Capacidade de Produção de Componentes Complexos O processo permite a fabricação de componentes com geometria complexa e tolerâncias rigorosas atendendo às demandas específicas de indústrias como a aeroespacial e a médica Desempenho em Ambientes Severos São mais resistentes à fadiga térmica e à corrosão tornandoas ideais para ambientes agressivos e de altas tensões Previsibilidade das Propriedades A consistência na orientação dos grãos e na microestrutura resultante proporciona previsibilidade e repetibilidade nas propriedades mecânicas das peças facilitando o design e a engenharia de sistemas críticos Personalização das Propriedades Ajustando os parâmetros do processo como o gradiente térmico e a velocidade de retirada é possível personalizar as propriedades mecânicas e físicas do material para atender requisitos específicos de desempenho 24 CUSTOS DO PROCESSO 11 O processo de solidificação unidirecional embora altamente vantajoso em termos de qualidade e desempenho dos materiais produzidos geralmente envolve custos mais elevados em comparação com os outros processos de fabricação utilizados na indústria metalomecânica Esses custos mais altos estão associados a vários fatores específicos desse método Primeiramente o equipamento necessário para a solidificação unidirecional como fornos com gradientes térmicos precisos e sistemas de controle avançados tende a ser mais caro do que os equipamentos usados em métodos tradicionais de fundição e solidificação Além disso a necessidade de ambientes controlados como atmosferas inertes ou em vácuo para evitar contaminações e defeitos adiciona uma camada extra de complexidade e custo operacional Outro fator de custo é o tempo de processamento A solidificação unidirecional é um processo relativamente lento especialmente quando comparado com métodos como a fundição em moldes de areia ou fundição por cera perdida onde a solidificação ocorre rapidamente A velocidade de retirada do cadinho deve ser cuidadosamente controlada para garantir a orientação adequada dos grãos prolongando o tempo total de produção Os materiais consumíveis como cadinhos de alta qualidade e revestimentos especiais para controlar a nucleação e o crescimento dos cristais também contribuem para os custos elevados Além disso a necessidade de operadores altamente qualificados para monitorar e ajustar os parâmetros do processo aumenta os custos laborais Em contrapartida outros processos de fabricação como a fundição em moldes de areia forjamento e usinagem tendem a ser mais econômicos e rápidos A fundição em moldes de areia por exemplo é amplamente utilizada para produzir peças complexas de maneira eficiente e a baixo custo embora resulte em uma microestrutura menos controlada e maior propensão a defeitos internos 25 TIPOS DE MATERIAIS APLICADOS 12 A solidificação unidirecional é amplamente utilizada na fabricação de componentes para a indústria aeroespacial como lâminas de turbinas e peças estruturais de alta resistência Outros exemplos incluem Ligas de Níquel Utilizadas em ambientes de alta temperatura e corrosão Ligas de Titânio Conhecidas por sua alta resistência e leveza Ligas de Cobalto Utilizadas em aplicações de alta temperatura como componentes de motores a jato e implantes médicos Aços Inoxidáveis Certos tipos de aços inoxidáveis especialmente os utilizados em ambientes agressivos e de alta temperatura podem ser solidificados unidirecionalmente para melhorar a resistência à corrosão e a fadiga térmica Ligas de Alumínio Utilizadas em componentes aeroespaciais e automotivos podem ser solidificadas unidirecionalmente para obter uma combinação otimizada de leveza e resistência mecânica Ligas de Cobre Como o beríliocobre são utilizadas em componentes elétricos e eletrônicos o processo de solidificação unidirecional tende a melhorar os parâmetros relacionados a condutividade elétrica e resistência ao desgaste Superligas de Níquel Além das ligas de níquel básicas as superligas de níquel também são utilizadas em turbinas a gás e motores de aviação Ligas de Platina Utilizadas em aplicações de alta temperatura e em ambientes corrosivos como em equipamentos de laboratório e em componentes de motores a jato Ligas de Magnésio Usadas em aplicações aeroespaciais e automotivas devido à sua leveza 13 Ligas de Zircônio Utilizadas em aplicações nucleares devido à sua baixa seção transversal de captura de nêutrons e alta resistência à corrosão Ligas de Molibdênio Aplicadas em ambientes de alta temperatura e alta corrosão como em componentes de foguetes e turbinas Ligas de Tungstênio Utilizadas em aplicações que exigem alta densidade e resistência ao calor como em componentes de radioterapia e blindagem contra radiação Materiais Compósitos Melhorando a distribuição e a orientação das fases reforçadas 26 EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS Os principais equipamentos utilizados no processo de solidificação unidirecional correspondem Fornos de gradiente térmico GT São fornos especialmente projetados para criar um gradiente de temperatura controlado ao longo do material durante a solidificação Esses fornos podem possuir diferentes configurações como fornos de resistência elétrica ou fornos a vácuo dependendo das necessidades específicas do processo Cadinho O cadinho é o recipiente onde o material a ser solidificado é colocado Ele deve ser feito de um material resistente a altas temperaturas e à corrosão como grafite ou materiais cerâmicos e pode ter uma forma específica para promover o fluxo unidirecional do material durante a solidificação Sistema de movimentação do cadinho Para realizar a solidificação unidirecional o cadinho deve ser movido através do gradiente térmico de maneira controlada e precisa Isso pode ser feito utilizando um sistema de 14 movimentação automatizado ou manual dependendo da complexidade do processo e das especificações do material Sistema de controle de temperatura e de gradiente térmico GT É essencial ter um sistema de controle preciso da temperatura do forno e do gradiente térmico ao longo do material Isso pode envolver sensores de temperatura controladores PID Proporcional Integral e Derivativo e sistemas de monitoramento em tempo real para garantir que as condições ideais sejam mantidas durante todo o processo Sistema de atmosfera controlada Em alguns casos é necessário controlar a atmosfera dentro do forno durante a solidificação para evitar a formação de óxidos e outras impurezas Isso pode ser feito usando sistemas de vácuo ou atmosferas inertes como argônio ou nitrogênio Além desses equipamentos principais outros dispositivos e instrumentos auxiliares como sistemas de refrigeração sensores de pressão e dispositivos de alimentação de material podem ser necessários dependendo das especificações da aplicação e do material a ser solidificado Um projeto cuidadoso e uma operação precisa desses equipamentos são essenciais para garantir a qualidade e a consistência dos materiais produzidos pelo processo de solidificação unidirecional 3 PRINCIPAIS APLICAÇÕES E TIPOS DE PEÇAS PRODUZIDAS O processo de solidificação unidirecional é amplamente utilizado na produção de peças e componentes para diversas aplicações de alta performance Alguns dos principais tipos de peças produzidas através deste processo são Lâminas de turbinas a gás As lâminas de turbinas a gás são componentes críticos de aeronaves e usinas de energia A solidificação unidirecional é utilizada para produzir lâminas com microestrutura controlada melhorando sua resistência à fadiga térmica e à corrosão em ambientes de alta temperatura e pressão 15 Pás de compressores Assim como as lâminas de turbinas a gás as pás de compressores em motores de aviação e turbinas industriais requerem alta resistência e durabilidade Componentes de motores de foguetes Os motores de foguetes exigem materiais de alta resistência para suportar as condições extremas do espaço Peças como bocais de foguetes e componentes estruturais são produzidas utilizando solidificação unidirecional Implantes médicos Algumas ligas metálicas utilizadas em implantes ortopédicos e dentários podem ser solidificadas unidirecionalmente para melhorar sua resistência e biocompatibilidade Isso é especialmente importante para implantes sujeitos a altas cargas mecânicas e ambientes corrosivos no corpo humano Componentes aeroespaciais estruturais Estruturas de asa e fuselagem Componentes automotivos de alta performance Em veículos de corrida e automóveis de alta performance algumas peças críticas como pistões bielas e componentes do sistema de transmissão Essas são apenas algumas das principais aplicações e tipos de peças produzidas através do processo de solidificação unidirecional A versatilidade e as vantagens desse método o tornam uma escolha popular em indústrias que demandam materiais de alta performance e que requerem qualidade superior 4 INOVAÇÕES DO PROCESSO O processo de solidificação unidirecional continua a evoluir com diversas inovações visando melhorar a eficiência qualidade e versatilidade do método Algumas das inovações recentes correspondem a Tecnologias de controle avançado Desenvolvimentos em sistemas de 16 controle permitem um ajuste mais preciso dos parâmetros do processo como temperatura gradiente térmico e velocidade de retirada do cadinho resultando em uma maior uniformidade na microestrutura e propriedades do material Modelagem computacional e simulação O uso de modelagem computacional avançada e simulações numéricas permitem prever e otimizar o comportamento do material durante a solidificação unidirecional auxiliando no projeto de processos mais eficientes e na prevenção de defeitos Desenvolvimento de novos materiais A pesquisa contínua no desenvolvimento de novas ligas metálicas e materiais compósitos adaptados à solidificação unidirecional expande as aplicações potenciais do processo possibilitando a produção de peças com propriedades personalizadas para aplicações específicas Tecnologias de resfriamento controlado Avanços em técnicas de resfriamento controlado permitem um controle mais preciso da taxa de solidificação e da formação de microestruturas específicas resultando em melhorias na resistência e na durabilidade dos materiais produzidos Integração de processos adicionais A integração de processos adicionais como tratamentos térmicos póssolidificação revestimentos de superfície e processamento subsequente permitem a produção de peças acabadas com propriedades mecânicas e funcionais aprimoradas Impressão 3D e Manufatura Aditiva A aplicação de técnicas de impressão 3D e manufatura aditiva à solidificação unidirecional está possibilitando a fabricação de geometrias complexas e customizadas com maior eficiência e precisão abrindo novas possibilidades de design e engenharia de materiais Essas inovações estão impulsionando a evolução contínua do processo de solidificação unidirecional tornandoo uma escolha ainda mais atraente para a fabricação de peças de alta performance em diversas indústrias desde aeroespacial 17 e automotiva até médica e de energia 18 REFERÊNCIAS GARCIA A Solidificação Fundamentos e Aplicações 2ª Edição Editora da Unicamp São Paulo SP 2007 VERISSIMO N C Solidificação Unidirecional de Ligas MgZn para Aplicações Biomédicas Evolução Microestrutural Macrossegregação Dureza e Resistência à Corrosão Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2017 ROCHA OFL Análise TeóricoExperimental da Transição CelularDendrítica e da Evolução da Morfologia Dendrítica na Solidificação Unidirecional em Condições de Fluxo de Calor Transitório Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2003 PERES M D Desenvolvimento da Macroestrutura e da Microestrutura na Solidificação Unidirecional Transitória de Ligas AlSi Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2005 ROSA Daniel Monteiro Estruturas celulares transição celulardendrítica e estruturas dendríticas na solidificação unidirecional transitória 2007 171p Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas Campinas ROCHA OFL Análise TeóricoExperimental da Transição CelularDendrítica e da Evolução da Morfologia Dendrítica na Solidificação Unidirecional em Condições de Fluxo de Calor Transitório Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2003
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ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA CDSISIS NA AUTOMAÇÃO DE UNIDADES DE INFORMAÇÃO NO ESTADO DO PARANÁ UM ESTUDO DE CASO Telêmaco Borba PR 2022 ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM A UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA CDSISIS NA AUTOMAÇÃO DE UNIDADES DE INFORMAÇÃO NO ESTADO DO PARANÁ UM ESTUDO DE CASO Trabalho apresentado para a disciplina de xxxxxxxxx do Curso de xxxxxxxxxx do Centro Universitário UNIFATEB como requisito parcial para aprovação desta disciplina Orientador Prof Ms Jorge Dovhepoly Telêmaco Borba PR 2022 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 00 2 DESENVOLVIMENTO 00 21 TÍTULO DA SEÇÃO 00 211 Título da Seção 00 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS 00 REFERÊNCIAS 00 ANEXOS 00 1 INTRODUÇÃO É a primeira parte do texto1 Configura ordinariamente e a despeito do título atribuído os fundamentos do estudo Nela devem constar a delimitação do assunto tratado os objetivos do estudo e as razões de sua elaboração além de outros elementos relevantes para situar o tema do trabalho NBR 14724 Logo deve ser elaborada de forma clara e concisa de modo que o leitor penetre na problemática abordada para se familiarizar com os termos e limites da pesquisa Neste sentido vale referir Köche 1982 p 89 O objetivo principal da introdução é situar o leitor no contexto da pesquisa O leitor deverá perceber claramente o que será analisado como e por que as limitações encontradas o alcance da investigação e suas bases teóricas gerais Ela tem acima de tudo um caráter didático de apresentação levandose em conta o leitor a que se destina e a finalidade do trabalho A introdução não deve entretanto repetir ou parafrasear o resumo nem dar os dados sobre a teoria experimental o método ou os resultados nem antecipar as conclusões e as recomendações contidas ou decorrentes no estudo NBR 107192 1 Texto extraído do livro Normas e padrões para teses dissertações e monografias para fins de exemplificação dos estilos criados no presente modelo 2 Texto pertinente texto texto texto texto texto texto 3 2 TÍTULO DA SEÇÃO PRIMARIA Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 21 RECURSOS HÍDRICOS NO BRASIL Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 211 Titulo da Seção Secundária Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 4 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Texto pertinente texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto texto 5 REFERÊNCIAS ANDRADE D C Bibliotecas universitárias de ciências humanas e sociais R Esc Bibliotecon UFMG v 13 n 1 p 91107 mar 1984 BOTELHO T M G de Inovação e pesquisa em biblioteconomia e Ciência da Informação In CONGRESSO BRASILEIRO DE BIBLIOTECONOMIA E DOCUMENTAÇÃO 10 1979 Curitiba Anais Curitiba Associação Bibliotecária do Paraná 1980 v 1 p 21625 CERVO A L BERVIAN P A Metodologia científica São Paulo McGraw Hill do Brasil 1976 FERREIRA L S Bibliotecas universitárias brasileiras análise de estruturas centralizadas e descentralizadas São Paulo Pioneira 1980 FINI M B Motivação e clima organizacional Rel Hum n 10 p 1518 set 1990 KUNSCH M M K Universidade e comunicação na edificação da sociedade São Paulo Loyola 1992 MACEDO N D de A biblioteca universitária o estudante e o trabalho de pesquisa 1980 Tese Doutorado Faculdade de Letras e Ciências Humanas Universidade de São Paulo São Paulo 6 FATEB agora é UNIFATEB Sempre à frente sempre em frente UNIFATEB TÍTULO Nome do Acadêmico UNIFATEB 1 INTRODUÇÃO Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipiscing elit sed do eiusmod tempor incididunt ut labore et dolore magna aliqua Ut enim ad minim veniam quis nostrud exercitation ullamco laboris nisi ut aliquip ex ea commodo consequat Duis aute irure dolor in reprehenderit in voluptate velit esse cillum dolore eu fugiat nulla pariatur Excepteur sint occaecat cupidatat non proident sunt in culpa qui officia deserunt mollit anim id est laborum UNIFATEB FATEB agora é UNIFATEB Sempre à frente sempre em frente UNIFATEB ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS Nome do Acadêmico 1 INTRODUÇÃO A solidificação unidirecional é um processo metalúrgico crucial para a fabricação de componentes com propriedades mecânicas superiores e com microestruturas controladas Este método se caracteriza no crescimento dos cristais em um metal ou em uma liga metálica predominantemente em uma direção específica resultando em materiais com alta resistência à fadiga e à fratura essenciais para aplicações em ambientes exigentes como a indústria aeroespacial e de turbinas a gás A principal característica que permite que a solidificação unidirecional obtenha resultados favoráveis está relacionada com o controle eficaz do gradiente térmico que uma vez obtido minimiza o surgimento de defeitos internos como porosidade segregação de solutos fendas de contração inclusões não metálicas grãos equiaxiais etc e anisotropias indesejadas como variações nas propriedades mecânicas do material principalmente na ductilidade tenacidade condutividade e expansão térmica etc permitindo a produção de ligas metálicas com características homogêneas UNIFATEB ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS UMA PESQUISA CIENTÍFICA SOBRE O ASSUNTO Telêmaco Borba PR 2024 ROSÂNGELA DE LUCCA M SACHETIM ASPECTOS IMPORTANTES SOBRE A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL DE METAIS E LIGAS METÁLICAS UMA PESQUISA CIENTÍFICA SOBRE O ASSUNTO Trabalho apresentado para a disciplina de xxxxxxxxx do Curso de xxxxxxxxxx do Centro Universitário UNIFATEB como requisito parcial para aprovação desta disciplina Orientador Prof Ms Jorge Dovhepoly Telêmaco Borba PR 2024 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 03 2 DEFINIÇÕES DO PROCESSO 04 21 ETAPAS PRINCIPAIS DA SOLIDIFICAÇÃO 05 22 ETAPAS E FATORES PRINCIPAIS QUE INFLUENCIAM A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL 07 23 PRECISÃO E ASPECTO DA PEÇA ACABADA 09 24 CUSTOS DO PROCESSO 10 25 TIPOS DE MATERIAIS APLICADOS 11 26 EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS 13 3 PRINCIPAIS APLICAÇÕES E TIPOS DE PEÇAS PRODUZIDAS 14 4 INOVAÇÕES DO PROCESSO 15 REFERÊNCIAS 17 3 1 INTRODUÇÃO A solidificação unidirecional é um processo metalúrgico crucial para a fabricação de componentes com propriedades mecânicas superiores e com microestruturas controladas Este método se caracteriza no crescimento dos cristais em um metal ou em uma liga metálica predominantemente em uma direção específica resultando em materiais com alta resistência à fadiga e à fratura essenciais para aplicações em ambientes exigentes como a indústria aeroespacial e de turbinas a gás A principal característica que permite que a solidificação unidirecional obtenha resultados favoráveis está relacionada com o controle eficaz do gradiente térmico que uma vez obtido minimiza o surgimento de defeitos internos como porosidade segregação de solutos fendas de contração inclusões não metálicas grãos equiaxiais etc e anisotropias indesejadas como variações nas propriedades mecânicas do material principalmente na ductilidade tenacidade condutividade e expansão térmica etc permitindo a produção de ligas metálicas com características homogêneas Este trabalho visa definir e explorar os princípios fundamentais da solidificação unidirecional suas técnicas de implementação e as vantagens significativas que oferece em comparação com os métodos tradicionais de solidificação Além disso serão discutidas as aplicações práticas e os avanços tecnológicos que têm impulsionado o desenvolvimento de materiais de alto desempenho demonstrando a importância contínua dessa técnica na engenharia de materiais 4 2 DEFINIÇÕES DO PROCESSO O processo de solidificação de metais e ligas metálicas é iniciado quando a massa de material ainda no estado líquido é exposta as condições de resfriamento Deve se compreender que o resultado da solidificação depende do grau de controle e da intensidade do processo de resfriamento O processo de solidificação ao ser realizado em condições de resfriamento extremamente lento de tal maneira que se estabelece uma sequência de condições de quaseequilíbrio do material até à temperatura ambiente quando os gradientes de transferência de calor por condução e convecção são anulados esperase que as fases e suas frações volumétricas da microestrutura sigam as condições prescritas pelo diagrama de equilíbrio de fases Entretanto se a solidificação for realizada em condições opostas ou seja em condições de resfriamento ultrarrápido solidificação rápida que é viável para amostras de pequenas dimensões ou camadas de pequenas espessuras como em processos de refusão por laser a microestrutura poderá ser caraterizada por fases fora do equilíbrio e até mesmo por fases amorfas vítreas Na grande maioria dos processos industriais envolvendo a solidificação as condições de resfriamento a partir do estado líquido da massa de material ficam em posição intermediária aos dois extremos mencionados anteriormente Neste aspecto podemos citar operações de fabricação como o lingotamento estático e contínuo fundição em moldes refratários ou moldes permanentes utilização de pressão e refrigeração solidificação em processos de soldagem etc Portanto os estudos existentes na literatura a respeito da influência das condições de solidificação notadamente dos parâmetros térmicos em aspectos da macroestrutura e da microestrutura de ligas metálicas são realizados de forma a contemplar as condições próximas daquelas que ocorrem nesses processos industriais e se estabelecem principalmente em duas técnicas Solidificação unidirecional em regime permanente crescimento BridgmanStockbarger 5 Solidificação unidirecional em condições de fluxo de calor transitório Na primeira técnica os parâmetros térmicos como velocidade de solidificação VS e gradiente térmico GT são artificialmente controlados e mantidos constantes durante todo o experimento Na segunda técnica a velocidade de solidificação VS e o gradiente térmico GT variam livremente com o tempo e são interdependentes podendo ser sintetizados em cada ponto da peça solidificada pela taxa local de resfriamento T cuja equação é instituída da seguinte maneira T GTVS Essas duas técnicas permitem que se estabeleçam leis relacionando parâmetros da microestrutura com os parâmetros térmicos da solidificação Garcia 2007 21 ETAPAS PRINCIPAIS DA SOLIDIFICAÇÃO A teoria de solidificação é fundamental para o planejamento dos processos de fundição e lingotamento As estruturas de solidificação são dependentes de parâmetros térmicos como o coeficiente de transferência de calor de convecção térmica no metalmolde hi velocidade de evolução da isotermaLíquidus VL gradientes de temperatura GT taxas de resfriamento T e o tempo local de solidificação tt Essas variáveis exercem influência direta na morfologia macroestrutural e microestrutural de solidificação Em regime de solidificação transitória esses parâmetros variam simultaneamente com o tempo Brito 2016 A transformação líquidosólido é acompanhada por liberação de energia térmica e a análise da transferência de calor na solidificação apresenta essencialmente dois objetivos Determinação da distribuição de temperaturas no sistema materialmolde Determinação da cinética da solidificação Garcia 2007 Dependendo do tipo do molde a sua da capacidade de extração de calor no 6 processo de solidificação ocorrerá com maior ou menor intensidade exercendo influência direta nas taxas de resfriamento Figura 1 a Elemento de referência representativo do sistema metalmolde e b Modos de transferência de calor atuantes no sistema metalmolde Adaptado de Rocha 2003 O elemento de referência indicado na Figura 1a está representado esquematicamente pela 1b que mostra em detalhe dos modos de transferência de calor atuantes i Condução térmica no metal e no molde ii Transferência newtoniana na interface metalmolde iii Convecção no metal líquido e na interface moldeambiente e radiação térmica do molde para o meio ambiente iv Radiação térmica do molde para o meio ambiente 7 Em decorrência do processo de solidificação ocorre a formação de uma camada de ar entre o metal e o molde consequência de mecanismos de interação físico química do metal com o molde oriundo da contração do metal e da expansão do molde criando uma resistência térmica à passagem do calor em direção ao molde O inverso dessa resistência é conhecido como coeficiente de transferência de calor por convecção térmica no metalmolde hi A resistência térmica na interface metalmolde varia com o tempo e para moldes refrigerados pode ser representada na forma de um coeficiente global de transferência de calor hg que incorpora as resistências térmicas metalmolde da espessura do molde refrigerado e do fluido de refrigeração A caracterização dos perfis transitórios de hi ou hg ao longo da solidificação torna possível a determinação das velocidades de deslocamento das isotermas Liquidus VL e Solidus dos gradientes térmicos GT e das taxas de resfriamento T ao longo do processo de solidificação A determinação de tais parâmetros é feita com base na análise matemática da solidificação por meio de modelos teóricos ou por métodos experimentais No caso de ligas binárias que solidificam em um intervalo de temperaturas esses parâmetros referemse à interface entre a isoterma Liquidus e o metal líquido Garcia 2007 22 ETAPAS E FATORES PRINCIPAIS QUE INFLUENCIAM A SOLIDIFICAÇÃO UNIDIRECIONAL O processo de solidificação unidirecional como mencionado nos tópicos anteriores pode ser realizado de várias maneiras pois as inúmeras variáveis podem adotar diferentes parâmetros ao longo do processo No entanto iremos adotar o método de Bridgman como referência neste trabalho O mesmo se caracteriza por envolver o uso de um forno com um gradiente de temperatura bem definido Abaixo estão listados as principais etapas e os fatores que contribuem para a obtenção de diferentes resultados Aquecimento O material a ser solidificado é colocado em um cadinho e aquecido até atingir o estado líquido 8 Temperatura do forno A temperatura do forno deve ser controlada com precisão para manter o material completamente líquido antes de iniciar a solidificação Flutuações na temperatura podem causar solidificação prematura e formação de defeitos Composição da liga metálica A composição química da liga metálica influencia seu ponto de fusão e o comportamento durante a solidificação Diferentes elementos de liga podem alterar a taxa de solidificação e a microestrutura resultante Atmosfera do forno A atmosfera dentro do forno por exemplo argônio vácuo etc pode afetar a pureza do material e a formação de óxidos ou outras inclusões Uma atmosfera controlada ajuda a evitar contaminação e formação de defeitos Design do cadinho O material e o design do cadinho incluindo seu formato e revestimento interno influenciam a transferência de calor e a nucleação dos cristais Cadinhos feitos de materiais com alta condutividade térmica podem promover uma solidificação mais uniforme Condutividade térmica do material A condutividade térmica do material em solidificação afeta a forma como o calor é dissipado durante o processo Materiais com alta condutividade térmica solidificam de maneira diferente em comparação com materiais de baixa condutividade Controle de fluxo de calor energia O controle do fluxo de calor através do cadinho e do material é essencial para garantir uma solidificação controlada Isso inclui o uso de isolantes térmicos e mecanismos de controle de temperatura Gradiente Térmico GT Um gradiente de temperatura é estabelecido ao longo do material com uma região quente na parte superior e uma região fria na parte inferior 9 Um gradiente térmico bem definido é crucial para a solidificação unidirecional O gradiente determina a direção e a taxa de crescimento dos cristais Um gradiente inadequado pode resultar em crescimento de grãos equiaxiais ou em direções indesejadas Movimento do cadinho O cadinho contendo o material líquido é movido lentamente da região quente para a região fria ou viceversa permitindo que a solidificação comece na região fria e progrida unidirecionalmente para a região quente A velocidade com que o cadinho é movido através do gradiente térmico GT afeta diretamente o tamanho e a orientação dos grãos Uma velocidade muito rápida pode levar à formação de defeitos enquanto uma velocidade muito lenta pode causar crescimento desordenado dos cristais Crescimento dos cristais À medida que a solidificação avança os cristais crescem em uma direção preferencial geralmente alinhados com o gradiente térmico 23 PRECISÃO E ASPECTO DA PEÇA ACABADA A precisão alcançada no controle do gradiente térmico e na velocidade de retirada do cadinho assegura que a orientação dos grãos seja uniforme reduzindo anisotropias indesejadas e melhorando a resistência mecânica ductilidade e tenacidade da peça final As peças produzidas por solidificação unidirecional apresentam uma homogeneidade excepcional em suas propriedades mecânicas O acabamento superficial das peças tende a ser de alta qualidade necessitando de menos retrabalho e tratamento pósprodução o que aumenta a eficiência e a economia do processo Além disso podese citar outras vantagens no que diz respeito a peças solidificadas unidirecionalmente 10 Resistência Melhorada à Creep Maior resistência à deformação plástica lenta creep em altas temperaturas Homogeneidade Química O controle preciso da solidificação reduz a segregação de solutos resultando em uma composição química mais uniforme ao longo da peça o que melhora suas propriedades físicas e mecânicas Redução de Tratamentos Térmicos Devido à uniformidade da microestrutura e à minimização de defeitos muitas vezes há uma redução na necessidade de tratamentos térmicos pósprodução economizando tempo e recursos Capacidade de Produção de Componentes Complexos O processo permite a fabricação de componentes com geometria complexa e tolerâncias rigorosas atendendo às demandas específicas de indústrias como a aeroespacial e a médica Desempenho em Ambientes Severos São mais resistentes à fadiga térmica e à corrosão tornandoas ideais para ambientes agressivos e de altas tensões Previsibilidade das Propriedades A consistência na orientação dos grãos e na microestrutura resultante proporciona previsibilidade e repetibilidade nas propriedades mecânicas das peças facilitando o design e a engenharia de sistemas críticos Personalização das Propriedades Ajustando os parâmetros do processo como o gradiente térmico e a velocidade de retirada é possível personalizar as propriedades mecânicas e físicas do material para atender requisitos específicos de desempenho 24 CUSTOS DO PROCESSO 11 O processo de solidificação unidirecional embora altamente vantajoso em termos de qualidade e desempenho dos materiais produzidos geralmente envolve custos mais elevados em comparação com os outros processos de fabricação utilizados na indústria metalomecânica Esses custos mais altos estão associados a vários fatores específicos desse método Primeiramente o equipamento necessário para a solidificação unidirecional como fornos com gradientes térmicos precisos e sistemas de controle avançados tende a ser mais caro do que os equipamentos usados em métodos tradicionais de fundição e solidificação Além disso a necessidade de ambientes controlados como atmosferas inertes ou em vácuo para evitar contaminações e defeitos adiciona uma camada extra de complexidade e custo operacional Outro fator de custo é o tempo de processamento A solidificação unidirecional é um processo relativamente lento especialmente quando comparado com métodos como a fundição em moldes de areia ou fundição por cera perdida onde a solidificação ocorre rapidamente A velocidade de retirada do cadinho deve ser cuidadosamente controlada para garantir a orientação adequada dos grãos prolongando o tempo total de produção Os materiais consumíveis como cadinhos de alta qualidade e revestimentos especiais para controlar a nucleação e o crescimento dos cristais também contribuem para os custos elevados Além disso a necessidade de operadores altamente qualificados para monitorar e ajustar os parâmetros do processo aumenta os custos laborais Em contrapartida outros processos de fabricação como a fundição em moldes de areia forjamento e usinagem tendem a ser mais econômicos e rápidos A fundição em moldes de areia por exemplo é amplamente utilizada para produzir peças complexas de maneira eficiente e a baixo custo embora resulte em uma microestrutura menos controlada e maior propensão a defeitos internos 25 TIPOS DE MATERIAIS APLICADOS 12 A solidificação unidirecional é amplamente utilizada na fabricação de componentes para a indústria aeroespacial como lâminas de turbinas e peças estruturais de alta resistência Outros exemplos incluem Ligas de Níquel Utilizadas em ambientes de alta temperatura e corrosão Ligas de Titânio Conhecidas por sua alta resistência e leveza Ligas de Cobalto Utilizadas em aplicações de alta temperatura como componentes de motores a jato e implantes médicos Aços Inoxidáveis Certos tipos de aços inoxidáveis especialmente os utilizados em ambientes agressivos e de alta temperatura podem ser solidificados unidirecionalmente para melhorar a resistência à corrosão e a fadiga térmica Ligas de Alumínio Utilizadas em componentes aeroespaciais e automotivos podem ser solidificadas unidirecionalmente para obter uma combinação otimizada de leveza e resistência mecânica Ligas de Cobre Como o beríliocobre são utilizadas em componentes elétricos e eletrônicos o processo de solidificação unidirecional tende a melhorar os parâmetros relacionados a condutividade elétrica e resistência ao desgaste Superligas de Níquel Além das ligas de níquel básicas as superligas de níquel também são utilizadas em turbinas a gás e motores de aviação Ligas de Platina Utilizadas em aplicações de alta temperatura e em ambientes corrosivos como em equipamentos de laboratório e em componentes de motores a jato Ligas de Magnésio Usadas em aplicações aeroespaciais e automotivas devido à sua leveza 13 Ligas de Zircônio Utilizadas em aplicações nucleares devido à sua baixa seção transversal de captura de nêutrons e alta resistência à corrosão Ligas de Molibdênio Aplicadas em ambientes de alta temperatura e alta corrosão como em componentes de foguetes e turbinas Ligas de Tungstênio Utilizadas em aplicações que exigem alta densidade e resistência ao calor como em componentes de radioterapia e blindagem contra radiação Materiais Compósitos Melhorando a distribuição e a orientação das fases reforçadas 26 EQUIPAMENTOS PRINCIPAIS Os principais equipamentos utilizados no processo de solidificação unidirecional correspondem Fornos de gradiente térmico GT São fornos especialmente projetados para criar um gradiente de temperatura controlado ao longo do material durante a solidificação Esses fornos podem possuir diferentes configurações como fornos de resistência elétrica ou fornos a vácuo dependendo das necessidades específicas do processo Cadinho O cadinho é o recipiente onde o material a ser solidificado é colocado Ele deve ser feito de um material resistente a altas temperaturas e à corrosão como grafite ou materiais cerâmicos e pode ter uma forma específica para promover o fluxo unidirecional do material durante a solidificação Sistema de movimentação do cadinho Para realizar a solidificação unidirecional o cadinho deve ser movido através do gradiente térmico de maneira controlada e precisa Isso pode ser feito utilizando um sistema de 14 movimentação automatizado ou manual dependendo da complexidade do processo e das especificações do material Sistema de controle de temperatura e de gradiente térmico GT É essencial ter um sistema de controle preciso da temperatura do forno e do gradiente térmico ao longo do material Isso pode envolver sensores de temperatura controladores PID Proporcional Integral e Derivativo e sistemas de monitoramento em tempo real para garantir que as condições ideais sejam mantidas durante todo o processo Sistema de atmosfera controlada Em alguns casos é necessário controlar a atmosfera dentro do forno durante a solidificação para evitar a formação de óxidos e outras impurezas Isso pode ser feito usando sistemas de vácuo ou atmosferas inertes como argônio ou nitrogênio Além desses equipamentos principais outros dispositivos e instrumentos auxiliares como sistemas de refrigeração sensores de pressão e dispositivos de alimentação de material podem ser necessários dependendo das especificações da aplicação e do material a ser solidificado Um projeto cuidadoso e uma operação precisa desses equipamentos são essenciais para garantir a qualidade e a consistência dos materiais produzidos pelo processo de solidificação unidirecional 3 PRINCIPAIS APLICAÇÕES E TIPOS DE PEÇAS PRODUZIDAS O processo de solidificação unidirecional é amplamente utilizado na produção de peças e componentes para diversas aplicações de alta performance Alguns dos principais tipos de peças produzidas através deste processo são Lâminas de turbinas a gás As lâminas de turbinas a gás são componentes críticos de aeronaves e usinas de energia A solidificação unidirecional é utilizada para produzir lâminas com microestrutura controlada melhorando sua resistência à fadiga térmica e à corrosão em ambientes de alta temperatura e pressão 15 Pás de compressores Assim como as lâminas de turbinas a gás as pás de compressores em motores de aviação e turbinas industriais requerem alta resistência e durabilidade Componentes de motores de foguetes Os motores de foguetes exigem materiais de alta resistência para suportar as condições extremas do espaço Peças como bocais de foguetes e componentes estruturais são produzidas utilizando solidificação unidirecional Implantes médicos Algumas ligas metálicas utilizadas em implantes ortopédicos e dentários podem ser solidificadas unidirecionalmente para melhorar sua resistência e biocompatibilidade Isso é especialmente importante para implantes sujeitos a altas cargas mecânicas e ambientes corrosivos no corpo humano Componentes aeroespaciais estruturais Estruturas de asa e fuselagem Componentes automotivos de alta performance Em veículos de corrida e automóveis de alta performance algumas peças críticas como pistões bielas e componentes do sistema de transmissão Essas são apenas algumas das principais aplicações e tipos de peças produzidas através do processo de solidificação unidirecional A versatilidade e as vantagens desse método o tornam uma escolha popular em indústrias que demandam materiais de alta performance e que requerem qualidade superior 4 INOVAÇÕES DO PROCESSO O processo de solidificação unidirecional continua a evoluir com diversas inovações visando melhorar a eficiência qualidade e versatilidade do método Algumas das inovações recentes correspondem a Tecnologias de controle avançado Desenvolvimentos em sistemas de 16 controle permitem um ajuste mais preciso dos parâmetros do processo como temperatura gradiente térmico e velocidade de retirada do cadinho resultando em uma maior uniformidade na microestrutura e propriedades do material Modelagem computacional e simulação O uso de modelagem computacional avançada e simulações numéricas permitem prever e otimizar o comportamento do material durante a solidificação unidirecional auxiliando no projeto de processos mais eficientes e na prevenção de defeitos Desenvolvimento de novos materiais A pesquisa contínua no desenvolvimento de novas ligas metálicas e materiais compósitos adaptados à solidificação unidirecional expande as aplicações potenciais do processo possibilitando a produção de peças com propriedades personalizadas para aplicações específicas Tecnologias de resfriamento controlado Avanços em técnicas de resfriamento controlado permitem um controle mais preciso da taxa de solidificação e da formação de microestruturas específicas resultando em melhorias na resistência e na durabilidade dos materiais produzidos Integração de processos adicionais A integração de processos adicionais como tratamentos térmicos póssolidificação revestimentos de superfície e processamento subsequente permitem a produção de peças acabadas com propriedades mecânicas e funcionais aprimoradas Impressão 3D e Manufatura Aditiva A aplicação de técnicas de impressão 3D e manufatura aditiva à solidificação unidirecional está possibilitando a fabricação de geometrias complexas e customizadas com maior eficiência e precisão abrindo novas possibilidades de design e engenharia de materiais Essas inovações estão impulsionando a evolução contínua do processo de solidificação unidirecional tornandoo uma escolha ainda mais atraente para a fabricação de peças de alta performance em diversas indústrias desde aeroespacial 17 e automotiva até médica e de energia 18 REFERÊNCIAS GARCIA A Solidificação Fundamentos e Aplicações 2ª Edição Editora da Unicamp São Paulo SP 2007 VERISSIMO N C Solidificação Unidirecional de Ligas MgZn para Aplicações Biomédicas Evolução Microestrutural Macrossegregação Dureza e Resistência à Corrosão Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2017 ROCHA OFL Análise TeóricoExperimental da Transição CelularDendrítica e da Evolução da Morfologia Dendrítica na Solidificação Unidirecional em Condições de Fluxo de Calor Transitório Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2003 PERES M D Desenvolvimento da Macroestrutura e da Microestrutura na Solidificação Unidirecional Transitória de Ligas AlSi Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2005 ROSA Daniel Monteiro Estruturas celulares transição celulardendrítica e estruturas dendríticas na solidificação unidirecional transitória 2007 171p Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas Campinas ROCHA OFL Análise TeóricoExperimental da Transição CelularDendrítica e da Evolução da Morfologia Dendrítica na Solidificação Unidirecional em Condições de Fluxo de Calor Transitório Tese Doutorado Faculdade de Engenharia Mecânica Universidade Estadual de Campinas 2003