1 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Usando Thermo-calc (até diagramas binários) (Parte 2) Veja o manual e os exemplos! (Os exemplos ajudam muito)

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1 1 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Usando Thermo-calc (até diagramas binários) (Parte 2) Veja o manual e os exemplos! (Os exemplos ajudam muito) André Luiz V da Costa e Silva Roberto R Avillez Flavio Beneduce Ake Jansson Julho de 2014

2 2 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva TC3(e 4) Modo gráfico e modo console TCC Power user TCC=Modo Console “Mortalidade Infantil” t Proficiência Modo Gráfico

3 3 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O roteiro básico de um cálculo Escolher um banco de dados Definir quais os elementos no seu sistema Escolher quais as fases possíveis Definir as condições termodinâmicas (até zero graus de liberdade!) Só é possível calcular quando se tem ZERO graus de liberdade (lembrar da regra das fases de Gibbs) –Aumente o número de condições ou –Fixe (exija!) a presença de mais fases Calcular e ver o resultado Definir o “espaço” a ser amostrado Apresentar os resultados – Tabela ou gráfico

4 4 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Variáveis Termodinâmicas no TC (Veja o manual!!)

5 5 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Variáveis termodinâmicas no TC (composição)

6 6 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Variáveis termodinâmicas…cont.

7 7 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva TC3 Modo Gráfico (GUI) e Modo “Console” Casos “Típicos” Mudando para Console (TCC) Onde estou? O projeto no modo GUI

8 8 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O modo Console (igual ao TCC) Mudando para GUI (Grafico)

9 9 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Rearrumando as janelas no GUI (Reset Windows)

10 10 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Acompanhando o que vai acontecendo (Event Log, GUI)

11 11 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Roteiro Básico – O projeto na Interface Gráfica Escolha o Banco de Dados Escolha os Elementos Alguma fase “indesejada”  Rejeite ou “Dormant” Estabeleça as condições termodinâmicas Calcule um (ou o) equilíbrio Repita os cálculos, variando uma ou mais condições (Axis definition) Escolha a melhor representação gráfica

12 12 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Criando e avançando em um projeto no modo Gráfico (1) Botão direito do mouse

13 13 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Criando e avançando em um projeto no modo Gráfico (2)

14 14 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo – Binário Fe-Cr (1)- via “template” Clicar no template escolhido

15 15 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O projeto e seus “símbolos” – Escolha dos elementos Não executado e/ou Mal definido Elementos, banco de dados e cálculo escolhidos

16 16 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Dois caminhos Calculate PHASE DIAGRAM e depois PLOT RENDERER, PERFORM Direto PLOT RENDERER PERFORM Executando!

17 17 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O resultado

18 18 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O cursor informa o que foi calculado

19 19 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Zoom é “fácil”: Clique e puxe, clique e “empurre” (!)

20 20 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Explorando o “Plot Renderer” Conodos Cores e linhas no gráfico

21 21 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Curvas de Energia Livre composição Como identificar o estado de referência de G?

22 22 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O “ZERO” das funções de Energia h hmhm

23 23 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Assim, para o Ferro, por exemplo: Estado de “referência” SER para os elementos puros Dinsdale, A. T. 1991. “SGTE data for Pure Elements.” CALPHAD 15 (4): 317- 425. Matematicamente, todas as expressões de G, no Thermo-calc deveriam ser, portanto:

24 24 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Funções de Energia e seu Zero Qual o “zero” da funções de Energia? –Standard Element Reference: SER. Fase mais estável, do elemento puro, a 298,15K e 1 atm. –Ex: (Fe, CCC), (Oxigenio, gás), (Ni, CFC) etc. TODAS as funções de Energia (G,H, potencial químico) são referidas a SER exceto se definido de outra forma, explicitamente. Matematicamente, todas as expressoes de G, no Thermo- calc deveriam ser, portanto:

25 25 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Observando G no Fe-Cr, 600C, modulo BINARIO (BCC ou SER)

26 26 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Observando G no Fe-Cr, 600C, modulo BINARIO (BCC ou SER)

27 27 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Atividades

28 28 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplos de Aplicação – Transformações

29 29 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo – Binário Fe-C (2)- manual Começar um novo projeto Montar o projeto que precisamos para o Fe-C (podia ser o Fe-Cr, é claro!!) –System definer –Equilibrium Calculator –Plot Renderer

30 30 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva (1) Criar no projeto: System Definer

31 31 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva No System Definer Banco de Dados Elementos (Fe, C)

32 32 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva (2) Criar no Projeto: Equilibrium Calculator Right click

33 33 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O Equilibrium Calculator Condições para um primeiro equilibrio, simples Eixos

34 34 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Calculo de Equilibrio (no Equilibrium Calculator) Estando no no SIMPLIFIED mode, o TC escolhe as variáveis termodinâmicas que se pode usar A alternativa é o modo ADVANCED O TC precisa de um equilíbrio inicial (que pode ser o único que queremos calcular) ou para poder variar as “variáveis” do espaço termodinâmico que vamos amostrar –(CUIDADO: O TC chama de EIXOS, mas NÃO SÃO, necessariamente, os eixos do GRAFICO, sempre!!)

35 35 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Axis definition (no Equilibrium Calculator) Define qual(is) variável(eis) termodinâmica(s) será(ão) variadas (comando DO!)

36 36 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva (3) Criar no Projeto: Plot Renderer (para ver os resultados!) Right click

37 37 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Plot Renderer (acertar os eixos para %C e T manter a escala está em Automatic)

38 38 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Executar o projeto (Se tudo está ok!)

39 39 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva O diagrama Fe-C ZOOM!

40 40 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva E o diagrama Meta-estável Fe-C??? Um sistema é meta-estável em relação a uma ou mais fases que seriam estáveis mas são “impedidas” de formar. No Thermo-calc –Des-selecionar a fase no System Definer (OU) –Escolher o Status Dormant –Fase des-selecionada, DESAPARECE (não é lida do banco de dados) –Fase Dormant é calculada mas não “forma”

41 41 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Criar o diagrama Fe-C metaestável e comparar com o estável

42 42 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Selecionar elementos (e as fases?)

43 43 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Controlar as fases (GRAPHITE e DIAMOND, Dormant)

44 44 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Um novo “sucessor” para calcular este equilíbrio

45 45 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Colocando no mesmo gráfico! O PLOT RENDERER 1 DEVE RECEBER UM NOVO PREDECESSOR !!

46 46 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Dois equilíbrios em um mesmo gráfico

47 47 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva

48 48 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Mudar a escala por ZOOM ou na PLOT RENDERER

49 49 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva E a atividade do carbono? É possível ver? No SYSTEM Definer se define o estado de referência de cada COMPONENTE. O default é “SER”

50 50 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Calculando a Atividade O Thermo-calc sempre calcula o potencial químico e a atividade. Nem sempre o estado de referência é o que estamos acostumados…. O default é SER!!!!

51 51 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva E a atividade do carbono no Fe-C? É possível calcular? No System Definer se define o estado de referência de cada COMPONENTE. Lembre que o default é o estado “SER”

52 52 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Definindo um estado padrão mais usual para a atividade Sem novidades no Equilibrium Calculator

53 53 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Preparando o Plot Renderer para Atividade do C

54 54 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Quando se plota dois potenciais termodinâmicos, 2-fases LINHAS e 3-fases PONTOS (lembre-se de P,T, por exemplo!)

55 55 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva G Minimization and Equilibrium State - Evitando mínimos locais!! UM PARENTESIS IMPORTANTE!! Stable Unstable Metastable Unstable  X Cr GmGm FeCr Fcc Sigma Bcc

56 56 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva A opção “Global minimization”

57 57 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Fim da Parte 2 Agradecimentos e apoios Projeto: “Síntese, Processamento, Modelagem e Caracterização de Óxidos Funcionais” – Faperj Processo E-26/110.558/2010

58 58 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Regras das Fases- Graus de Liberdade Condições de Equilíbrio Em equilíbrio, todos os potenciais termodinâmicos tem de ser iguais em todas as fases.

59 59 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Regras das Fases- Graus de Liberdade Regra das Fases (Phase Rule) (P-1) equations (C+2) lines Number of Equations: (C+2)(P-1)=CP+2P-C-2 Number of Variables: (C-1)P composition variables P temperatures P pressures CP-P+2P=CP+P variables Variables-Equations= Degrees of Freedom CP+P-( CP-C+2P-2)=F C-P+2=F

60 60 © 2005,14 André Luiz V. da Costa e Silva Regra das Fases- Visão “Computacional” C-P+2=F Se não fixarmos nenhuma fase, a priori, é preciso definir C+2 condições para poder calcular um equilíbrio.