Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
https://tecnologiammm.com.br/article/doi/10.4322/tmm.00304001
Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração
Artigo Original

MODELO NUMÉRICO PARA SIMULAÇÃO DA DIFUSÃO ATÔMICA EM SISTEMAS MULTICOMPONENTES CONTENDO FASES DISPERSAS APLICADO AO ESTUDO DA NITRETAÇÃO DE AÇOS

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

Ospina, Carlos Mario G.; Tschiptschin, André Paulo

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Resumo

Apresenta-se um algoritmo de cálculo para simular numericamente a dissolução ou o crescimento de fases dispersas numa fase contínua que apresenta perfís heterogêneos de concentração química. O algoritmo proposto no presente trabalho é basicamente uma generalização do algoritmo proposto por Engström et al.,(2) 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.

Palavras-chave

Calphad, Difusão, Termodinâmica computacional, Transformação de fase

Abstract

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 generalizing the previous model by Engström et al.(2) 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. After describing the algorithm, it is applied to an experimental case of nitrogen diffusion in stainless steel with chromium nitride precipitation during high temperature gas nitriding. The main characteristics of the proposed approach, their advantages and their restrictions, are discussed in depth using the case study.

Keywords

Calphad, Diffusion, Computational thermodynamics, Phase transformations

Referências



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