Title

SIMULAÇÃO DO CRESCIMENTO DOS NÓDULOS DE GRAFITA EM FERRO FUNDIDO PELO MÉTODO DO CAMPO DE FASE

SIMULATION OF NODULAR GRAPHITE GROWTH IN CAST IRON BY PHASE- FIELD METHOD

Authorship

Ferreira, Alexandre Furtado; Castro, José Adilson de; Silva, Alexandre José da

Ferreira, Alexandre Furtado

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Castro, José Adilson de

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Silva, Alexandre José da

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DOI

10.5151/2594-5327-0292

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Abstract

O objetivo deste trabalho exploratório é modelar a morfologia da interface de crescimento de nódulos de grafita em ferro fundido pelo método do Campo de Fase. Portanto será feita uma análise do método aplicado ao processo de solidificação de uma liga Fe-C com 4,3% de carbono em massa. Neste trabalho o método do Campo de Fase será constituído de duas equações principais: a) A equação de fases; b) A equação da energia. Estas equações serão resolvidas pelo método de volumes finitos, para uma malha regular. A equação das fases será resolvida utilizando um esquema explicito, enquanto que a equação da energia será resolvia na forma implícita. Em todas as simulações admite-se uma condição de contorno adiabática e núcleo sólido adicionado previamente no domínio líquido. Primeiramente será tratado da simulação de crescimento de um único nódulo de grafita envolvido num meio líquido. Nesta simulação destacaremos a fase líquida com 4.3% de carbono e o nódulo de grafita, e ainda o campo de temperatura em torno do nódulo. Na segunda simulação apresentaremos vários nódulos de grafita crescendo em meio líquido e seu respectivo campo de temperatura. Com as simulações para o crescimento dos nódulos de gráfica pode-se concluir que estes se assemelham aos nódulos de grafitas encontradas em experimentos e literaturas. Portanto o método do Campo de Fase surge como uma alternativa para a simulação do processo de crescimento dos nódulos de grafita.

The objective of this paper is to simulate the nodular graphite growth in cast iron by phase-field method. Therefore will be carried through an analysis of phase-field method applied to the solidification process of Fe-C alloy (4,3%in mass). In this paper the phase-field method contains two main equations: a) The phase equation and; b) The energy equation. These equations will be solved by finite volumes method, in regular grid. The phase equation will be solved by explicit form, while energy equation will be solved in implicit form. In present paper is admitted adiabatic boundary conditions and solid nucleus is added previously in the liquid domain. Firstly will show the nodular graphite growth from solid nucleus involved liquid domain. In this simulation will show the liquid phase with 4.3%C (in mass) and the nodular graphite, and still the temperature field around the nodular graphite. In the second simulation will show some nodular graphite growing in liquid system and its respective temperature field. With results of these simulations for the growth of the nodular graphite, we concluded that these resemble to the nodular graphite found in experiments and literatures. Therefore the Phase Field method appears as an alternative for the simulation of the solidification process and growth of the nodular graphite.

Keywords

Solidificação; Ferro fundido nodular; Campo de fase.

Solidification; Nodular graphite; Phase-field.