Quais as estruturas podem ser formadas durante a solidificação da poça de fusão? Preferencialmente qual delas ocorre? E qual a estrutura ideal?

Passo 1

O enunciado quer que a gente liste as possíveis microestruturas que aparecem quando a poça de fusão de um metal soldado solidifica, diga qual delas forma preferencialmente no processo típico de soldagem e, por fim, aponte qual seria a estrutura ideal do ponto de vista de propriedades mecânicas.

Passo 2

Durante a solidificação de um metal puro ou de uma liga simples na zona fundida, podem surgir quatro regimes de crescimento de grão, que dependem do gradiente térmico G na frente de solidificação e da velocidade de fabricação R:
\bullet Crescimento planar – a interface sólido–líquido permanece lisa e plana; ocorre quando G é muito alto e R é muito baixo, mas é raro em soldagem.
\bullet Estrutura celular – pequenas ondulações na frente de solidificação, formando células perpendiculares à interface; aparece quando o gradiente térmico cai um pouco.
\bullet Grãos dendríticos colunares – estruturas alongadas e em forma de árvore (dendritos) que crescem a partir da raiz de solda em direção à região mais fria; surgem para valores moderados de G/R.
\bullet Grãos dendríticos equiaxiais – dendritos com ramificações em todas as direções, formando grãos aproximadamente isotrópicos; requerem baixo gradiente térmico e alta taxa de nucleação.

Passo 3

No processo convencional de soldagem, o gradiente térmico junto à superfície já solidificada é alto e a taxa de nucleação de novos grãos é baixa, de modo que a frente de solidificação avança rapidamente. Isso favorece o crescimento de grãos dendríticos colunares, que é a estrutura preferencial observada na zona fundida.

Passo 4

Do ponto de vista mecânico, a melhor microestrutura é aquela que possui grãos finos e equiaxiais, pois oferece propriedades isotrópicas, maior resistência ao escoamento e melhor tenacidade. Para chegar a esse regime de grãos dendríticos equiaxiais (a estrutura ideal), costuma-se usar refinadores de grão, aditivos (injeção de pós metálicos), ou agitação mecânica/magnética do banho fundido, aumentando a nucleação secundária.

Resposta

\bullet Possíveis estruturas: planar, celular, dendrítica colunar e dendrítica equiaxial.
\bullet Estrutura preferencial em soldagem: dendrítica colunar.
\bullet Estrutura ideal: dendrítica equiaxial fina.

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