Influência das variáveis térmicas sobre os espaçamentos dendríticos terciários durante a solidificação direcional horizontal da liga Al-6%Cu

A liga Al-6%Cu foi solidificada direcionalmente sob condições transitórias de extração de calor e microestruturas dendríticas, variáveis térmicas de solidificação, ou seja, velocidade de deslocamento da isoterma líquidus (V_L), taxa de resfriamento (T_R) e gradiente de temperatura à frente da isoterma liquidus (G_L) foram caracterizadas, determinadas experimentalmente e correlacionadas com os espaçamentos dentríticos terciários (λ₃). Para tanto, foi projetado, construído e aferido um dispositivo de solidificação direcional horizontal. Os resultados encontrados mostram que leis de potência -1,1 e -0,55 caracterizam a variação dos espaçamentos terciários com a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L) e a taxa de resfriamento (T_R), respectivamente. Finalmente, é realizado um estudo comparativo entre os resultados obtidos neste trabalho e aqueles publicados na literatura para ligas Al-Cu solidificadas direcionalmente sob condições transientes de fluxo de calor nos sistemas verticais ascendente e descendente.

Influence of thermal parameters on the dendritic arm spacing and the microhardness of Al-5.5wt.%Sn alloy directionally solidified

As ligas Al-Sn são amplamente utilizados em aplicações tribológicas. Nesse estudo, análises térmica, microestrutural e dureza (HV) foram realizadas ao longo de um lingote da liga Al-5,5%Sn, obtido por solidificação direcional horizontal transitória. Os principais parâmetros analisados incluem a velocidade de deslocamento da isoterma liquidus (V_L) e a taxa de resfriamento (T_R). Esses parâmetros térmicos desempenham um papel fundamental na formação da microestrutura. A microestrutura dendrítica foi caracterizada através dos espaçamentos dentríticos primários (λ₁), os quais foram determinados, experimentalmente, e correlacionados com V_L, e T_R. O comportamento apresentado pela liga Al- 5,5% Sn, durante a solidificação,é semelhante ao de outras ligas de alumínio, isto é, observa-se rede dendrítica mais grosseira com a diminuição da taxa de resfriamento, indicando que a imiscibilidade entre o alumínio e estanho não tem um efeito significativo sobre o relação entre o espaçamento dendrítico primário e taxa de resfriamento. A dependência da microdureza em V_L, T_R e no λ₁ foi também analisada. Verificaram-se menores valores de HV para maiores T_R. Por outro lado, os valores HV aumentam com valores crescentes de λ₁.

Influence of Alloying Elements Upon the Solidification Interval of CA6NM Cast Martensitic Stainless Steel

The influence of different Cr and C contents upon the solidification interval of ASTM A352M-06 Grade CA6NM cast martensitic stainless steel has been investigated using computational thermodynamics, and checked against DTA measurements in samples taken from 13 large cast parts, in order to identify potential sources for improvement on the part castability. Calculation results suggest, indeed, that this would be the case for C: when its content increases from 0.018 to 0.044 wt.% C (within the allowed range in the alloy specification), the solidification intervals increases from 25 to 43 K, which suggests improved castability with decreasing C contents. DTA results, however, do not support this prediction, showing a fairly constant solidification interval around 23 K for all investigated samples. The results are discussed both regarding the impact in alloy processing and the fitness of the existing databases to reproduce experimental results in these limiting cases.

Computational simulations of latent heat thermal energy storage systems - with innovative and first-principles based simulation for the underlying unsteady melting (and solidification) processes

This thesis develops an effective modeling and simulation procedure for a specific thermal energy storage system commonly used and recommended for various applications (such as an auxiliary energy storage system for solar heating based Rankine cycle power plant). This thermal energy storage system transfers heat from a hot fluid (termed as heat transfer fluid - HTF) flowing in a tube to the surrounding phase change material (PCM). Through unsteady melting or freezing process, the PCM absorbs or releases thermal energy in the form of latent heat. Both scientific and engineering information is obtained by the proposed first-principle based modeling and simulation procedure. On the scientific side, the approach accurately tracks the moving melt-front (modeled as a sharp liquid-solid interface) and provides all necessary information about the time-varying heat-flow rates, temperature profiles, stored thermal energy, etc. On the engineering side, the proposed approach is unique in its ability to accurately solve – both individually and collectively – all the conjugate unsteady heat transfer problems for each of the components of the thermal storage system. This yields critical system level information on the various time-varying effectiveness and efficiency parameters for the thermal storage system.