O documento descreve os processos de nucleação e solidificação de metais e ligas, incluindo: (1) a nucleação pode ocorrer de forma homogênea ou heterogênea, com núcleos se formando preferencialmente em heterogeneidades; (2) a formação de núcleos estáveis no fundido seguida pelo crescimento dos cristais e formação de uma estrutura de grãos; (3) a quantidade de núcleos estáveis depende da temperatura, sendo maior com maior abaixamento da temperatura.

1. Solidificação
A forma do grão é
controlada:
- pela presença dos grãos
circunvizinhos
O tamanho de grão é
controlado
- Composição
- Taxa de cristalização ou
solidificação

2. Nucleação
• Homogênea
– Núcleos da nova fase se formam uniformemente
por toda a fase original;
• Heterogênea
– Núcleos se formam preferencialmente em
heterogeneidades estruturais;

3. Solidificação de metais e ligas
• Nucleação
– Formação de núcleos estáveis no fundido
• Crescimento
– Transformação de núcleos em cristais
– Formação de uma estrutura de grãos
[Smith,1996:121]

4. Solidificação de metais e ligas
[Smith,1996:121]
Núcleos
Líquido
Líquido
Cristais que
formarão grãos
Grãos
Contornos
de grão

5.  23
4
3
4
rGrG v 
Eq. 1
Onde:
Gv – energia livre de volume;
 - energia livre de superfície

6. • Caso este aglomerado de átomos atinja um
tamanho correspondente ao raio crítico rc,
então o crescimento continuará acompanhado
de uma diminuição de energia livre.
• Embrião: partícula subcrítica;
• Núcleo: partícula com r > rc ;

7. 0,5 -0,52333 3,14 2,616667
0,7 -1,43603 6,1544 4,718373
0,8 -2,14357 8,0384 5,894827
0,9 -3,05208 10,1736 7,12152
1 -4,18667 12,56 8,373333
1,1 -5,57245 15,1976 9,625147
1,2 -7,23456 18,0864 10,85184
1,3 -9,19811 21,2264 12,02829
1,4 -11,4882 24,6176 13,12939
1,5 -14,13 28,26 14,13
1,8 -24,4166 40,6944 16,27776
2 -33,4933 50,24 16,74667
2,2 -44,5796 60,7904 16,21077
2,5 -65,4167 78,5 13,08333
2,6 -73,5849 84,9056 11,32075
2,7 -82,4062 91,5624 9,15624
2,8 -91,9057 98,4704 6,564693
2,9 -102,109 105,6296 3,520987
3 -113,04 113,04 0
3,1 -124,725 120,7016 -4,02339
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Energia de volume Energia superficial Energia livre total
Raio crítico

8. A nucleação (quantidade) de núcleos estáveis é função
da temperatura, de acordo com:





 

kT
G
Kn c
c exp1
Quanto maior o abaixamento da temperatura, maior a
quantidade de núcleos estáveis.

11. (c)2003Brooks/ColePublishing/
ThomsonLearning

12. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert

17. Estrutura convencional de
solidificação de um lingote

18. Estruturas de grão
[Smith,1996:129]

21. Metalografia dos Produtos Siderúrgicos Comuns – Hubertus Colpaert

23. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under
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25. Cristal de neve
Dendrita de chumbo

26. Heterogênea
Núcleos se formam preferencialmente em
heterogeneidades estruturais;

27. Esquerda: solidificação sem controle
Direita: solidificação com controle de nucleação

28. Estruturas de grão
• Grãos equiaxiais
– Crescimento de cristais aproximadamente igual em todas
as direções
– Solidificação rápida
– Usualmente adjacentes a parede fria do molde
• Grãos colunares
– Longos, finos, grosseiros
– Solidificação relativamente lenta em gradiente de
temperatura
– Perpendiculares à parede fria do molde
[Smith,1996:128]

29. Processo Czochralski - monocristal