1 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Aplicação da Termodinâmica Computacional a Siderurgia Parte 1: Modelamento termodinâmico Parte 2:

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1 1 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Aplicação da Termodinâmica Computacional a Siderurgia Parte 1: Modelamento termodinâmico Parte 2: Modelamento de Difusão André Luiz V da Costa e Silva Semana Acadêmica 2011 EEIMVR-UFF

2 2 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva André Luiz V da Costa e Silva Semana Acadêmica 2011 EEIMVR-UFF

3 3 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Roteiro Termodinâmica- revisão (o mínimo essencial) A Termodinâmica Computacional Exercícios simples de aplicação –Aplicações a transformações de fases (S->L, Liquidus) –Equilíbrios em Óxidos (Refratários, Escórias) –Equilíbrios Metal-Óxido (desoxidação, etc.) –Aplicações em balanços térmicos (efeito de Fe-Ligas) NOTA: Esta apresentação contém os exemplos em TCW e os macros para TCC correspondentes.

4 4 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Termodinâmica- Revisão Termodinâmica- uma ciência macroscópica, com poder de previsão

5 5 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Processos expontâneos- Porque precisamos da termodinâmica P 1 P 2 P f T 1 T 2 T f 1 2 h (b)(a)(c) (S) S Potenciais Termodinâmicos T, P e 

6 6 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Equilíbrio e Termodinâmica Porque é importante conhecer o estado final de um “sistema”: –Saber o que é possível quando o processamento se realiza em determinadas condições –Definir o processamento para obter os resultados “estáveis” –Definir o processamento para evitar os resultados “estáveis” –Compreender como, porque e com que velocidade as transformações ocorrem nos materiais ( a visão de Matts Hillert)

7 7 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Termodinâmica, uma ciência “pervasiva” CreamCoffee Grams of sugar (% sugar) Temperature Sweet Water Sweet water+ wet sugar

8 8 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Conceitos “básicos” para”a Termodinâmica Sistema Estado de um sistema (descrição macro e microscópica) Funções ou variáveis de estado Intensivas vs. Extensivas

9 9 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva As funções termodinâmicas

10 10 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva A “base” da avaliação do equilíbrio Cada elemento i, em cada fase , tem um valor de G bem definido, que depende de P e T, isto é Quando elementos se misturam ou reagem, ocorrem variações de energia livre, tais que a energia das misturas é função dos elementos misturados, da fase formada, de sua composição e de P e T, isto é: Constituído um sistema contendo n 1, n 2,... a P e T, o sistema buscará a configuração (quantidade e composição de fases e misturas) que resulte em um valor MÍNIMO para G total, respeitada a conservação de massa.

11 11 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Sistemas Multicomponente (Binários e mais) GmGm

12 12 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Termodinâmica (de Equilíbrio) G de cada fase pode ser calculado: A Pressão e Temperatura constantes, G total do sistema será mínimo. Quais fases podem existir?

13 13 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Termodinâmica Computacional Ajuste dos “melhores” modelo para G  s FeX T G0G0 HH Cp f.e.m Medidas Experimentais Minimização de G total para as condições estabelecidas Condições do sistema, P,T, %i s Equilíbrio do sistema: Fases , quantidades, %i s em cada fase.

14 14 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Porque o método “CALPHAD” Porque é necessário? –O número de sistemas binários é limitado.... –O número de sistemas ternários é imenso.... –Materiais de interesse comercial normalmente tem >4 componentes! Porque funciona? –ENTROPIA nos ajuda! –Raramente uma nova fase aparece em um sistema 4-rio! –As interações importantes provém, principalmente, dos sistemas binários.

15 15 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Que cálculos? Somente cálculos de equilíbrio (Estável ou metaestável) è Fases presentes, composições, quantidades etc. è Diagramas de equilíbrio, produtos de solubilidade,etc. è Redistribuição de soluto (via Scheil) è Na versão L: pode ser chamado de outros programas A “ARTE”: Definir as condições termodinâmicas adequadas e interpretar os resultados

16 16 10/2009 © 2005,2011 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!) Calcular e ver o resultado Definir o “espaço” a ser amostrado (repetindo cálculos, mudando o valor das variáveis) Apresentar os resultados – Tabela ou gráfico

17 17 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Usando Thermo-calc Veja o manual e os exemplos para aprender melhor. No módulo WINDOWS: PENSE o que vai fazer antes de começar a clicar. No módulo CLÁSSICO: Trabalhe com “macros” arquivos de comando com extensão.TCM –Podem ser “ajustados” em cada caso a seu problema –Mantém um registro de sua estratégia de cálculo –Evitam comandos “descontrolados”

18 18 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Cálculos de Equilíbrio Regra Básica: 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 Passos Básicos: –set-conditions –compute-equilibrium –list-equilibrium Comandos tipo “DO” para repetir cálculos, variando uma (ou mais condições): –Step (só uma variável) –Map (duas variáveis)

19 19 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva A seqüência no TCW

20 20 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo: Diagrama Fe-Cr Use o “botão” diagramas de fases Use o banco de dados PBIN

21 21 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplos de Aplicação – Transformações

22 22 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo- Diagrama Ferro Carbono Define Element- Escolher o banco de dados TCFE6 Escolher os elementos Fe e C Eliminar as fases indesejadas (grafite, diamante?!) Define Conditions-Calcular um primeiro equilíbrio 1000C, 0,1%C, 1atm Map/ StepDefinir as condições termodinâmicas que serão variadas Diagram/ Graph Nosso interesse não é apenas em diagramas de fases!

23 23 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Elements

24 24 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Conditions

25 25 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Map/ Step

26 26 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Diagram

27 27 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Como fazer o diagrama metaestável Status das fases: ENTERED entra no cálculo SUSPENDED NÃO entra no cálculo FIXED TEM de estar presente DORMANT Mudar o STATUS das fases que não queremos que apareçam para SUSPENDED

28 28 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Algo mais complexo- como tratar? Banco de dados TCFE6 Elementos Fe, C, Cr Rejeitar as fases: HCP, GRA, DIA Cálculo inicial 1000C, 0,1%C, 18%Cr E ainda mais complexo? Liquidus, por exemplo?

29 29 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Liquidus e transformações em um aço mais complexo (mais próximo a realidade) Cr C T 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 TEMPERATURE_CELSIUS 00.40.81.21.62.02.4 MASS_PERCENT C Usar banco de dados TCFE3 Definir elementos Fe, C, Cr, Ni, Mn Rejeitar fases indesejadas Equilibrio inicial 1000C e 0,2%C, 0,4%Cr, 0,1%Ni, 0,4%Mn Variar a T Gráfico de NP(*)

30 30 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo: Cálculo da T líquidus de um Aço Composição do Aço:0,2%C, 0,4%Cr, 0,1%Ni, 0,4%Mn Definir o MATERIAL Escolher o banco de dados: TCFE6 Eliminar as fases indesejadas: Grafite e Diamante (rejeitar ou suspender?) Definir CONDIÇÕES para calcular um PRIMEIRO equilíbrio ex: T=1000 C P=1atm N=1 Calcular o equilíbrio Definir o MAP/ STEP (variar a Temperatura) Fazer o GRÁFICO

31 31 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Diagrama N (Fase) versus T E fração volumétrica, como plotar?

32 32 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Controlando o N em aço para conformação Normal Anormal N mínimo AlN N máximo AlN

33 33 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo: Dissolvendo o AlN A qual temperatura todo o AlN de um aço estará dissolvido? Construir um diagrama NP(*) versus T para um aço –%C=0,2%Al=0,03…..%N=0,006 Definir o MATERIAL Escolher o banco de dados: TCFE6 Eliminar as fases indesejadas: Grafite e Diamante (rejeitar ou suspender?) Definir CONDIÇÕES para calcular um PRIMEIRO equilíbrio ex: T=1000 C P=1atm N=1 Calcular o equilíbrio Definir o MAP/ STEP (variar a Temperatura) Fazer o GRÁFICO Cuidados: –Fases “impossíveis” –Ponto inicial? –Modelo para fases como carbonitretos?

34 34 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Equilíbrio Gas Metal

35 35 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Calculo no Fe-N (qual a solubilidade do N no aço?) Primeira opção: –Calcular diretamente um diagrama de fases, binário Fe- N, at 1 atm –Database TCFE6, Elementos Fe-N –Condição inicial T=1000 C, P=1e5 N=1 –Map %N e T –Observe que as condições “default” do gráfico não mostram “nada”! A escala de %N (0-100) é inadequada.

36 36 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fe-N Outra estratégia Segunda estratégia: Todas as linhas limite de solubilidade são linhas de “FRAÇÃO DE FASE IGUAL A ZERO”(“ZERO PHASE LINES”) linhas em que a fase está presente, mas com quantidade ZERO. –Forcar a presença do gas com quantidade ZERO GAS, FIX=0 –(não estabelecer uma condição para %N: este é o resultado do cálculo!) –Calcular um equilíbrio –STEP, variando T –Um gráfico de %N vs T mostra a solubilidade do N no ferro em equilibrio com 1 atm de gás. O formato é mais comum que o anterior, mass é o mesmo gráfico.

37 37 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fe-N Equilibrium- Sievert Law What is the pressure of nitrogen gas in equilibrium with a certain steel composition –Gas FIX=0 –%N=0,001% –Calculate P for a given T –If you use atmospheres you should define a FUNCTION (in the USER FUNCTIONS tab of DIAGRAM Patm=P/1e5 –Varying %N in steel will give the graph of Sievert law.

38 38 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fe-H equilibrium Use SLAG2, Fe-O-H –Suspend all oxides and slag –Define a certain H content –Define %O=0 –Vary %H e calculate a P –Define a function Patm=P/1e5

39 39 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Trincamento de aço peritético no lingotamento contínuo Emi and Fredriksson Materials Science and Engineering A 413-414 (2005) 2–9 The rate of volume change is one of the KEY FACTORS for the incidence of cracks in peritectic steels in continuous casting. CALCULAR A VARIAÇÃO VOLUMÉTRICA DE DOIS AÇOS: C=0,05% e C=0,19%

40 40 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Como “plotar” o volume

41 41 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Precisamos superpor o cálculo de 2 aços: DESMARCAR aqui, para não apagar o cálculo anterior

42 42 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Variação volumétrica em dois aços 0.05%C e 0.19%C Compare magnitude of  V and  T under which it happens

43 43 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Desoxidação e Equilíbrio Metal-Escória

44 44 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Escória: Como avaliar o comportamento? T  1600 o C B 2-3 MgO  9 20% Al 2 O 3 T=1590C 10% Al 2 O 3

45 45 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo: Avaliar a saturação em MgO de escória Material: Escória com Ca, Si, Fe, Mg e Al Composição: %CaO=52, %SiO2=25, %FeO=1,5, %MgO=8, %Al2O3=13,5 Banco de dados: SLAG3 Re-definir COMPONENTES antes das CONDIÇÕES (O será COMPO) Eliminar a fase “metálica” Fe_Liquid dos cálculos Estabelecer as condições T, P, N e composição (NUNCA forçar 100%) Variar –T –MgO

46 46 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Variando a composição para achar a saturação

47 47 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Aluminum deoxidation Steel O i =600 ppm Al O Steel O f =6ppm Al f 54 48 Al add OiOi OfOf Al

48 48 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Direct calculation of solubility product of alumina (phase diagram) Database SLAG2 Elements Fe, Al, O T=1600C %Al=0.05 %O=10ppm Map 0-0,1% Al 0-0,03% O Al 2 O 3 fraction is=0

49 49 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Al deoxidation Calculate Al 2 O 3 solubility (Fe-Al-O diagram) –Initial equilibrium 0,06%Al 0,04%O 1873K –Step 0->0.1% Al, 100 steps, 0->0.06% O, 100 steps Calculate Al 2 O 3 “solvus” (zero fraction line) –Fix 0 moles of alumina –Initial equilibrium 0.04%Al, 1600C 1 atm N=1 (%O CANNOT be condition) –Step %Al Calculate total Al to desoxidate –Calculate equilibrium with total 0,06% O and 0,04%Al in the system –Eliminate the Al condition and define as a condition the final oxygen in the solution in the steel after deoxidation W(Fe_L,O)=6ppm –Calculation result is the total Al content in the system.

50 50 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Aluminum deoxidation Fe-Al-O (C=3 F=5) T=1873 K P=1e5 W=1 ton %O in system= O i =600 ppm %O in steel= O f =6 ppm Result 998,7 kg of steel containing %O = Of=6 ppm %Al=0.02 1.3 kg Al2O3 875 g Al in the system A simple way of defining the conditions: All oxygen in the ladle will stay in the system: that is W(O) We know how much oxygen we want left in solution in the steel AFTER deoxidation. That is the deoxidation objective. It is expressed as w(FE_LIQUID, O)

51 51 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fontes de Mg (e Ca) (e as válvulas usadas) Aço 1600 C Fe,O, Al(?) Ca, Mg CaO, MgO for slagmaking MgO or MgO-CaO based ladle refractories MgO tundish

52 52 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva TUNDISH Preventing nozzle clogging – Semi-Empirical

53 53 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Semi-empirical- Increasing Ca additions Total O, S and T must be constant

54 54 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Quais inclusões não-metálicas se formam? A steel with: 0.02%Al, 10ppm Ca, 15 ppm O, 0.01%S Database: SLAG2 Elements: Fe, O, Al, Ca, S Suspend (or reject) GAS Define conditions: T, P,N=1 and steel composition (initial T can be, for instance 1550 C) Compute equilibrium STEP T (1450 to 1600 C) (be careful. Too many steps can lead to instability in SLAG calculation)

55 55 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Find when S+L forms (end of window) Liquid inclusions S+L S

56 56 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fazendo Inox Banco de dados SLAG2 Elementos Fe, Cr, C e O (é o mínimo possível). Como calcular o equilíbrio Aço-Gás-Escória saturada? FIX as FASES: GAS e CR2O3 Variar o Cr para uma temperatura... PARA TER AS DUAS T NO Gráfico DESMARQUE OVERWRITE (em MAP/ STEP) Calcular para outra T Salvar como EXP Editar o EXP com Linetype 2 Repetir para outra P e superpor.

57 57 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva FECR.TCM (diagrama Fe-Cr usando o modulo BIN) COMANDOS EM ORDEM go binary tcbin (ou pbin) fe cr phase-diagram set-interactive

58 58 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fe-C estável set-log Fec go database tcfe6 define-element fe c Get go poly-3 set-condition p=1e5 n=1 w(c)=0.1e-2 N=1 T=1000 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 w(c) 0 1,,,,,, set-axis-variable 2 T 500 2000,,,,, Map post set-diagram-axis x w-p c s-d-a y t-c Plot,,,, back set-interactive

59 59 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Como mudar a escala (No sub-módulo POST) Set-scaling-status X N 0 10 (muda o eixo X para NÃO automático de 0 a 10)

60 60 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fe-C Metaestável (pode fazer como “continuação do anterior) set-log fec go database tcfe6 define-element fe c get go poly-3 set-condition p=1e5 n=1 w(c)=0.1e-2 N=1 T=1000 list-condition change-status phases graphite,diamond=sus compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 w(c) 0 1,,,,,, set-axis-variable 2 T 500 2000,,,,, map post s-d-a x w-p c s-d-a y t-c Plot,,,, back set-interactive

61 61 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Uma isoterma do Fe-C-Cr set-log iso go d switch-database tcfe6 define-element fe c cr get go poly-3 set-condition p=1e5 n=1 w(c)=0.1e-2 N=1 T=1273 s-c w(cr)=18e-2 list-condition change-status phases diamond,hcp=sus compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 w(cr) 0 100,,,,, s-a-v 2 w(c) 0 100,,, map post s-d-a x w-p c s-d-a y w-p cr plot,,,, back set-interactive

62 62 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Mudar escala? Diagrama triangular? Conodos set-diagram-type Y,,,,,,,, (para ser triangular) Set-scaling-status X N 0 1 CONODOS Set-tieline-status

63 63 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Cálculo das temperaturas de transformação de um aço set-log liq go database tcfe6 define-element fe c cr ni mn get go poly-3 set-condition p=1e5 n=1 w(c)=0.2e-2 N=1 T=1000 s-c w(cr)=0.4e-2 w(ni)=0.1e-2 w(mn)=0.4e-2 list-condition change-status phases graphite,diamond=sus compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 T 500 2000,,,,, step,,,, post s-d-a x T-c s-d-a np(*),,,,, set-label-curve f Plot,,,,, back set-interactive

64 64 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Dissolvendo AlN em aço de baixo C set-log aln go d switch-database tcfe6 define-element fe c mn al n get go poly-3 set-condition p=1e5 n=1 w(c)=0.05e-2 N=1 T=1273 s-c w(mn)=0.5e-2 w(al)=0.04e-2 w(n)=0.0050e-2 list-condition change-status phases diamond,gra=sus compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 T 500 2000,,,,, step,,,, post s-d-a x T-C s-d-a y np(*),,,, plot,,,, back set-interactive

65 65 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Fazendo as coisas ficarem visíveis NP(AlN) é muito pequeno!) Set-axis-type y log (eixo y fica log) Set-scaling-status y n 1e-5 1 Set-label-curve f

66 66 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Lei de Sievert Fe-N a 1600C set-log sievert go d switch-database tcfe6 define-element fe n get go poly-3 ch-st p gas=fixed 0 set-condition N=1 T=1873 w(N)=40e-6 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 w(n) 1E-6 500e-6,,,,,, step,,,, post enter-symbol function patm=P/1E5; s-d-a x patm s-d-a y w-p n plot,,,, back set-interactive

67 67 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Calculando o volume de dois aços set-log vol go d switch-database tcfe6 define-element fe c get go poly-3 ch-st p gra,dia=sus set-condition N=1 T=1873 w(C)=0.05e-2 P=1e5 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 T 1400 1873,,,,,, step,,,, post s-d-a x T-C s-d-a y V s-l-c e plot,,,, back @? s-c w(c)=0.19e-2 c-e step,,,,,, post s-d-a x T-C s-d-a y V s-l-c e plot,,,, back set-interactive

68 68 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Variando MgO da escória para achar a saturação go d switch-database slag3 define-element fe o ca mg si al get go poly-3 define-components cao mgo feo sio2 al2o3 o ch-st phase fe_liquid, gas=sus advanced-options global n,,,,,, set-condition N=1 T=1873 w(cao)=0.52 P=1e5 s-c w(feo)=1.5e-2 w(sio2)=0.25 w(mgo)=0.08 w(o)=1e-17 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-axis-variable 1 w(mgo) 0.04 0.15,,,,, step,,,, post s-d-a x w(mgo) s-d-a y np(*) * s-l-c f plot,,,, back set-interactive

69 69 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Um método para calcular o consumo de Al na desox. @@ al deoxidation aiming at a final O go d switch-database slag3 define-element fe o al get go poly-3 advanced-options global n n,,,,,, set-condition N=1 P=1e5 T=1873 w(o)=600e-6 w(fe_l,o)=5e-6 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, set-interactive

70 70 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Outro método para calcular a desoxidação por Al @@ diagrama Al-Fe-O go d switch-database slag3 define-element fe o al get go poly-3 advanced-options global n n,,,,,, ch-st ph gas=sus set-condition N=1 P=1e5 T=1873 w(o)=600e-6 w(al)=0.04e-2 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, s-a-v 1 w(o) 0 1,,,,,,, s-a-v 2 w(al) 0 1,,,,, map post s-d-a x w-p al s-d-a y w-p o s-t-s y 5 plot,,,, back set-interactive

71 71 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Ca para evitar a obstrução de válvula @@ valve clogging go d switch-database slag3 define-element fe o al s ca get go poly-3 advanced-options global n n,,,,,, ch-st ph gas=sus set-condition N=1 P=1e5 T=1813 w(o)=20e-6 w(al)=0.02e-2 w(ca)=15e-6 s-c w(s)=0.01e-2 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, @? s-a-v 1 w(ca) 1e-6 25e-6,,,,,,, step,,,,, post s-d-a x w-p ca s-d-a y np(*) * s-a-ty y log s-sc-st y n 1e-5 1 s-l-c f plot,,,, back set-interactive

72 72 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Uma condição do equilibrio C/Cr no inox @@ inoxidável go d switch-database slag3 define-element fe o cr c get go poly-3 advanced-options global n n,,,,,, ch-st ph gas, cr2o3=fix 0 set-condition N=1 P=1e5 T=1973 w(cr)=18e-2 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, @? s-a-v 1 w(cr) 0.12 0.25,,,,, step,,,,, post s-d-a x w-p cr s-d-a y w-p c plot,,,, back set-interactive

73 73 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Duas condições de C/Cr no inox go d switch-database slag3 define-element fe o cr c get go poly-3 advanced-options global n n,,,,,, ch-st ph gas, cr2o3=fix 0 set-condition N=1 P=1e5 T=1973 w(cr)=18e-2 list-condition compute-equilibrium c-e list-equilibrium,,,,,,, @? s-a-v 1 w(cr) 0.12 0.25,,,,, step,,,,, post s-d-a x w-p cr s-d-a y w-p c plot,,,, back s-c p=1e3 c-e l-e list-equilibrium,,,,,,, @? step,,,,, post s-d-a x w-p cr s-d-a y w-p c plot,,,, back set-interactive

74 74 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Mudar o eixo Y para log!

75 75 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva

76 76 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Solidificação

77 77 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo: Partição de Soluto na Solidificação FAZER UM CÁLCULO DE FASES EM FUNÇÃO DE T –Composição do Aço:0,2%C, 0,4%Cr, 0,1%Ni, 0,4%Mn –Definir o MATERIAL –Escolher o banco de dados: TCFE3 –Eliminar as fases indesejadas: Grafite e Diamante (rejeitar ou suspender?) –Definir CONDIÇÕES para calcular um PRIMEIRO equilíbrio ex: T=1000 C P=1atm N=1 –Calcular o equilíbrio –Definir o MAP/ STEP (variar a Temperatura) –Fazer o GRÁFICO NA REGIÃO LÍQUIDO+CCC, CALCULAR A PARTIÇÃO Na janela GRAPH, definir funções auxiliares: MNLIQ=W(LIQ,MN)/W(BCC,MN) CLIQ=W(LIQ,C)/W(BCC,C) Tabela PART = MNLIQ CLIQ

78 78 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Partição de Soluto na Solidificação Obter dos binários? Ou considerar o sistema real?

79 79 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Partição de Soluto na Solidificação Em GRAPH, definir funções: MNLIQ=W(LIQ,MN)/W(BCC,MN) CLIQ=W(LIQ,C)/W(BCC,C) Tabela PART = MNLIQ CLIQ

80 80 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Solidificação (modelos simplificados)

81 81 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Solidificação – Equilíbrio vs Scheil

82 82 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Solidificação – Equilíbrio vs. Scheil com Difusão do C 1450 1460 1470 1480 1490 1500 1510 1520 T (C) 00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 Fração Solidificada 1 1: LIQUID 2 2: LIQUID BCC_A2 3 3: LIQUID FCC_A1 3 3 THERMO-CALC (2006.05.07:10.43) :Back Diffusion DATABASE:TCFE3 W(MN)=7E-3, W(SI)=2E-3, W(C)=2E-3, P=1.01325E5, N=1;

83 83 10/2009 © 2005,2011 André Luiz V. da Costa e Silva Exemplo de aço M2