ESTUDO TEÓRICO-EXPERIMENTAL SOBRE CORRELAÇÃO ENTRE O COEFICIENTE DE TRANSFERÊNCIA DE CALOR INTERFACIAL, TEOR DE SOLUTO, EVOLUÇÃO ESTRUTURAL E DUREZA DE LIGAS Al-Cu E Al-Cu-Mg

Em geral, o fluxo de calor durante a solidificação na interface metal-molde não é constante. Assim, quando o metal em seu processo de mudança de fase líquido-sólido entra em contato com o molde ocorre uma junção imperfeita na referida interface uma vez que ambos encontram-se em contato somente em regiões isoladas na área nominal determinada pelas superfícies do fundido e do molde, conforme indicado na Figura 1. Como consequência, a transferência de calor ocorre por condução através das superfícies rugosas em contato assim como por convecção e radiação por meio do ar aprisionado nos vazios na citada interface. Se os vazios forem limitados em tamanho e a diferença entre as temperaturas do metal sólido e do molde na região de contato não for elevada, a convecção e a radiação poderão ser desprezadas conforme demonstrado por Cheung et al. (2009). Os mecanismos através dos quais o calor é transferido na interface metal–molde têm sido investigados por meio de métodos analíticos (Griffiths, 2000; Santos et al., 2001;) e soluções numéricas (Prasad e Bainbridge, 2013; Zhang et al., 2014; Martorano e Capocchi, 2000; Shepel e Paolucci, 2002; Liu et al.,2009 ) capazes de descrever o coeficiente de transferência de calor interfacial. Por outro lado, existe também um grande número de estudos experimentais desenvolvidos visando a determinação deste coeficiente (Silva et al., 2011; Nayak e Sundarraj, 2010; Sun et al., 2012; Carvalho et al., 2013; Rocha et al., 2013; Barros et al., 2016; Rodrigues et al., 2021). Os resultados encontrados pelos estudos tanto teóricos quanto experimentais mostram, contudo, que os valores obtidos para o referido coeficiente têm sido bastante divergentes. Sabe-se, que a imensa maioria dos produtos de interesse industrial obtidos por meio dos processos convencionais de fundição apresenta microestrutura dendrítica. Como consequência, um número significativo de estudos caracterizando principalmente os espaçamentos dendríticos primários e secundários em função da composição da liga , velocidade de crescimento, taxa de resfriamento, gradiente térmico bem como de propriedades mecânicas e eletroquímicas pode ser encontrado na literatura. Tal fato demonstra o interesse e a necessidade do desenvolvimento de modelos teóricos e experimentais de solidificação capazes de melhor controlar a transferência de calor durante a mudança de fase líquido-sólido com base em parâmetros operacionais e térmicos sendo para isso, contudo, necessário o conhecimento prévio do coeficiente de transferência de calor interfacial (Boeira et al., 2009). Por outro lado, as ligas Al-Cu e Al-Cu-Mg possuem uma vasta aplicação tanto na indústria aeronáutica quanto na indústria automobilística o que justifica a importância tecnológica de estudos relacionados à caraterização destes materiais. Estas ligas são essenciais para a produção de duralumínio utilizado na fabricação de bordos de ataque de aviões, componentes estruturais e pistões de motores (Wang et al., 2013; Cochard et al., 2017) e podem formar intermetálicos como as fases Al2CuMg, Al6CuMg4, AlCuMg e Al5Cu6Mg que contribuem para o aumento da microdureza e resistência mecânica. As ligas Al-Cu e Al-Cu-Mg também podem ter sua resistência mecânica melhorada através da aplicação de tratamentos térmicos adequados devido à formação de precipitados obtidos através de tratamentos de homogeneização e endurecimento (Smith e Hashemi, 2012; Segundo et al., 2015).