Título

MODELO NUMÉRICO PARA A SIMULAÇÃO DA DIFUSÃO ATÔMICA EM SISTEMAS MULTICOMPONENTES CONTENDO FASES DISPERSAS: CASO DE ESTUDO DE NITRETAÇÃO DE AÇOS

NUMERICAL APPROACH FOR SIMULATING ATOMIC DIFFUSION IN MULTICOMPONENT SYSTEMS CONTAINING DISPERSED PARTICLES: THE EXAMPLE OF GAS NITRIDING OF STEELS

Autoria

Ospina, Carlos Mario Garzón; Tschiptschinn, André Paulo

DOI

10.5151/2594-5327-0146

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Resumo

Apresenta-se algoritmo de cálculo para simular numericamente a dissolução ou o crescimento de fases dispersas numa fase contínua que apresenta perfís de concentração química heterogêneos. O algoritmo proposto no presente trabalho é basicamente uma generalização de algoritmo proposto por Engström et al [Metall. Mater. Trans. A 25 (1994) 1127-1134], porém modificado para ampliar o campo de aplicação a sistemas multicomponentes contendo fases dispersas onde não há partição atômica de equilíbrio entre a fase matriz e as fases dispersas. O modelo baseia-se no método Calphad e consiste em simular o crescimento, controlado por difusão, de diversos precipitados (fases dispersas) em diferentes localizações de uma fase matriz (fase continua) quando acontecem simultaneamente reações de difusão de longo e de curto alcance. Após descrever as características do algoritmo de cálculo, este é aplicado à simulação da cinética de precipitação de nitretos de cromo durante a nitretação gasosa em alta temperatura de aços inoxidáveis, visando calcular a cinética de precipitação e a partição atômica entre a fase matriz e os nitretos de cromo em função do tempo de tratamento. Uma explicação detalhada do alcance e das limitações do modelo é feita com base nos resultados numéricos e experimentais obtidos no caso de estudo de nitretação de aços.

 

An approach for numerically simulating in a one-dimensional system the three-dimensional process of atomic diffusion in multiphase microstructures of multicomponent systems is proposed. This numerical approach is based in the Calphad method and the multicomponent diffusion formalism. A numerical algorithm for implementing the proposed approach was build up by complementing previous model by Engström et al [Metall. Mater. Trans. A 25 (1994) 1127-1134] with new features that allow to compute transient states during diffusion when atomic partitioning between matrix phase and dispersed phases is far from the local equilibrium condition. Besides numerical simulations, an experimental case of study is analyzed, which consists on computing the kinetics of chromium nitride precipitation when stainless steels are high temperature gas nitrided. The main characteristics of the proposed approach (their use and their restrictions) are discussed in depth using a case study as a basis.

Palavras-chave

Calphad; Difusão; Termodinâmica computacional; Transformações de fase.

Calphad; Diffusion; Computational thermodynamics; Phase transformations.