Thermo-Calc for Windows – TCW - Sistema de Autenticaçãosistemas.eel.usp.br/docentes/arquivos/5009972/COE001/WorkshopTC... · Uma característica geral de modelos de TC que utilizam

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Thermo-Calc® for Windows – TCW

- Uma visão geral -

Engo. Humberto Magalhães – Aciaria - ArcelorMittal Monlevade Engo. Fábio Dian Murari – Centro de Pesquisa USIMINAS

BSc. Leandro Nakamura – Centro de Pesquisa ArcelorMittal Inox Brasil

Workshop de Termodinâmica Computacional – 2010

Escola de Minas – REDEMAT/UFOP – Ouro Preto

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Workshop de Termodinâmica Computacional – Ouro Preto - 2010

SUMÁRIO

• Introdução

• Ferramentas principais

• Exemplos aplicados à Siderurgia

• Referências bibliográficas

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INTRODUÇÃO

Tabela I – Principais softwares de termodinâmica computacional.[01]

USAPANDAT®,

FrançaCEQCSI – ArcelorMittal R&D

AlemanhaTherdas®

FrançaThermodata®

UKMTDATA®

CanadáFactSage®

SuéciaThermo-Calc®

OrigemSoftware

A metodologia mais adotada para modelar as propriedades termodinâmicas das soluções é o CALPHAD.

Uma característica geral de modelos de TC que utilizam a metodologia CALPHAD é a otimização constante dos bancos, tendo destaque a atuação do Scientific Group

Thermochemistry Europe (SGTE), mencionado como o consórcio mais conhecido.


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INTRODUÇÃO


Tabela II – Comparativo entre as inclusões encontradas no sistema real com as previstas pelo Thermo-Calc®.[01]

Al-O-Mg-Ca-S-MnAl-O-Mg-Ca-S-MnFio-máquina

Al-O-Mg-Ca-S-MnAl-O-Mg-Ca-S-MnTarugo

Al-O-Ca-SAl-O-Mg-Ca-SInício lingotamento contínuo

Al-O-Ca-SAl-O-Mg-Ca-SForno Panela

Al-OAl-OMetalurgia panela

Thermo-Calc®IndustrialEtapas do processo

# 24

# 26

# 19

# 17

# 07

# 05

# 03

# 02

# 24

# 26

# 19

# 17

# 07

# 05

# 03

# 02

Forno Panela (T=1550ºC) [01]

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INTRODUÇÃO


Diagrama de desoxidação para o sistema Si-Mn-O a 1600ºC.[01]

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INTRODUÇÃO


Sistema Fe-O-Si-Al, a T=1600oC. [01]

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INTRODUÇÃO

Figura 01 – Esquema dos fluxos para utilização da termodinâmica computacional [02].

SIDERÚRGICASWorkshop de Termodinâmica Computacional – Ouro Preto - 2010

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FERRAMENTAS PRINCIPAIS

Acesso para calcularum diagrama binário

Acesso para calcularum diagrama Ternário

Acesso para calcularsolidificação pelo Scheil


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Seleção do Banco de Dados (BD)

Elementos ativados(negrito) estão contidosno BD selecionado.

Os elementosselecionadospara o cálculotermodinâmico ficamdestacados de vermelho

Elementos selecionadospara o cálculo.

Apresentaçãoquímica do elemento


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Seleção da guiaPHASES

Todas as fases selecionadas para o cálculo.

Todas as fasesrejeitadas de formaratravés dos elementosselecionados

Vários materiais, sendo possível deixar salvo o material criado pelo usuário.


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Diagrama Binário

Menu principal

Atalho Diagrama Binário

Seleção dos elementos

Binário/Curvas G/……

Para cálculo das curvas de energia livre é necessário colocar umatemperatura de referência.

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Diagrama Ternário

Menu principal

Atalho Diagrama Ternário

Seleção dos elementos

Isothermal section/Monovariant lines/Liquidus projection

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1 – Clicar no ícone TCW4 na área de trabalho;

2 – Clicar no botão elements;

3 – Na aba periodic table, selecionar o DATABASE – SLAG;

4 – Selecionar os elementos Fe, C, O e Mn.

5 – Clicar em NEXT.

6 – No TCW Conditions, coloque os valores de Temperatura, C e M, deixando O e Fe sem valores;

7 – Observa-se que number of missing conditions não zerou (ou seja, pela regras das fases de Gibbs o grau de liberdade não está zerado)

8 – Na aba Phases, coloque o gás com fixo (GAS, FIXED=0). Pois o gás precisa aparecer nos cálcculos para formar o CO.


10 – No TCW MAP/STEP DEFINITION, colocar no Axis 1: C e no Axis 2: NONE;

11 – Aumentar o número de steps de 50 para 2000, isso para que a curva fique com o traçado bem definido, tanto no Axis 1 como no Axis 2.

12 – Deixar o OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION marcado.

13 – Clique em NEXT.

14 – No TCW DIAGRAM DEFINITION, trocar no Y-Axis em for components ALL por O e em variable colocar Mass Percent;

15 – Clicar em NEXT. Caso queira mudar o texto nos eixos pode-se escrever na caixa text.

16 – Para se obter o diagrama é necessário fazer algumasmodificações na configuração original.

17 – No Label Option, troque pela opção Axis Quantity.

18 – Clique na Lupa + e busque a área de interesse dando zoom naárea do diagrama.

19 – Após as modificações e após as aproximações com a Lupa, o formato do diagrama será como abaixo.

EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 01 – Curva de C x O


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1 – Clicar no ícone TCW4 na área de trabalho;

2 – Clicar no botão elements;

3 – Na aba periodic table, selecionar o DATABASE – SLAG;

4 – Selecionar os elementos Fe, Al, Si, Mn, Ca, S e O.

5 – Na Aba Phase, retirar a fase gasosa, clicando no Botão seta para a esquerda.


7 – No TCW Conditions, coloque os valores de Temperatura, Al, Si, Mn, Ca, S e O.

8 – Observa-se que number of missing conditions ficou zerado


10 – Observa-se na Session que houve formação de Fe liquido, Slag (incl.liquidas) e CaS, mostrando coerência.

11 – No TCW MAP/STEP DEFINITION, trocar o Axis 2 por NONE;

12 – Colocar 100 steps ao invés de 50;

13 – Colocar com ponto inicial um intervalo do Ca entre 0 e 0,0050% máx.

14 – Deixar marcado o OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION.

15 – Clicar em NEXT. E na janela TCW DIAGRAM clicar em NEXT novamente.

EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 – Janela de lingotabilidade


15

16 – Fazer algumas modificações no configuração original do diagrama plotado.

17 – Fazer algumas modificações no configuração original do diagrama plotado.

18 – Marcar a caixa color;

19 – Trocar no label option de NONE para Axis Quantity;

20 – Em Format Diagram, ativar a escala Y como logaritmo.

21 – Voltar em Redefine Axes;

22 – Dar novamente um BACK;

23 – No MAP/STEP, colocar no Axis 2 o Oxigênio dentro do intervaloespecífico, neste caso de 0 a 0,0020%.

24 – Colocar 100 steps no Axis 2, deixar marcado GENERATE AUTOMATIC START POINTS e OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION



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25 – No TCW Diagram deve-se fazer algumas modificações no diagrama original;

26 – Clicar em switch Axes;

27 – Trocar em Label Option para Stable phases e ativar botão Color;

28 – Clicar no botão ADD LABEL para adicionar nomes nos camposde fases;

29 – Verificar se todas as linhas presentes representam somente umafase;

30 – Caso em um mesmo campo apareça duas escritas de fasesdiferentes, é devido a uma linha que não apareceu;

31 – Nsete caso, deve-se marcar o ponto onde selocaliza a fase sem campo;

32 – Voltar no MAP/STEP e colocar as coordenadas do ponto achadocomo ponto iniciais no MAP e DESMARCAR a opção OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION,

33 – Se for necessário mudar a escrita do campo de fase, basta clicarduas vezes sobre a escrita

34 – Ir em Format Diagram/scaling;

35 – Mudar a escala para ficar como a escala original (primeirodiagrama)



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Linha e campo queestavam faltando

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36 – Pode-se fazer o diagrama Ca x Al;

37 – Ir no MAP/STEP mudar no Axis 2 para Al e colocar o intervalo do Al;

38 – Marcar novamente OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION e GENERATE START PONTIS.



Para mudar o nome dos campos multi-fásicos basta clicar duas vezes sobre o nome do campo e fazer as suas devidas alterações.

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FORNO PANELA LINGOTAMENTO CONTÍNUO

Espessura da janela

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EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA- 03–Diagrama ternário CaO-SiO2-Al2O3

01 - Definir elementos: O, Al, Si, Ca.

02 - Rejeitar fase: GAS:G

03 - Redefinir: O2, Al2O3, SiO2, CaO.

04 -Fixar a composição de dois componentes , Por exemplo:10%SiO2, 30%Al2O3 e valor de Potencial de O2 = 0.

05 - Map/Step plotar W(SiO2) x W(Al2O3)

06 - Em Format Diagram escolher o de forma triangular.

07 - Pode ser notado nos resultados que a melhor configuração é fixando as composições de SiO2 e Al2O3.

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EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA – 04 – Determinação da Austenita

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EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA – 05 – Solubilização – Precipitação

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30


31

10-6

10-5

10-4

.001

.01

.1

1

BP

W(*

) M

AS

S F

RA

CT

500 1000 1500

TEMPERATURE_CELSIUS

1

1:T-273.15,BPW(ALN)2

2:T-273.15,BPW(BCC_A2)

3

3:T-273.15,BPW(CEMENTITE)

4

4:T-273.15,BPW(MNS)

1

2

3

4

1

2

5

5:T-273.15,BPW(FCC_A1)

4

1

25

4

2

5

4

2

5

2

5

2

6 6:T-273.15,BPW(LIQUID)

2 6

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

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THERMO-CALC (2008.04.04:14.14) : DATABASE:TCFE6 P=1.01325E5, N=1, W(AL)=2.17E-4, W(C)=7.54E-4, W(CU)=1.1E-3, W(MN)=6E-4, W(N)=8.6E-5, W(S)=2.3E-4, W(SI)=3.13E-2;


32


32

• Simulações TCW5 - Banco de dados: TCFE6

10-6

10-5

10-4

.001

.01

.1

1

BP

W(*

) M

AS

S F

RA

CT

500 1000 1500

TEMPERATURE_CELSIUS

1

1:T-273.15,BPW(ALN)2

2:T-273.15,BPW(BCC_A2)

3

3:T-273.15,BPW(CEMENTITE)

4

4:T-273.15,BPW(MNS)

1

2

3

4

1

2

5

5:T-273.15,BPW(FCC_A1)

4

1

25

4

2

5

4

2

5

2

5

2

6 6:T-273.15,BPW(LIQUID)

2 6

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

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THERMO-CALC (2008.04.04:14.14) : DATABASE:TCFE6 P=1.01325E5, N=1, W(AL)=2.17E-4, W(C)=7.54E-4, W(CU)=1.1E-3, W(MN)=6E-4, W(N)=8.6E-5, W(S)=2.3E-4, W(SI)=3.13E-2;

Solubilização– AlN: 1275 ºC– MnS: 1300 ºC

EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA – 05 – Solubilização

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EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA – 06 – Isopleta do Carbono

3434


3535


3636


3737


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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[01] – MAGALHAES, H.; SILVA, C.A; COSTA E SILVA, A.; Melhoria da limpidez do aço SAE 1045 desoxidado ao alumínio com aplicação na indústria automobilística, utilizando termodinâmica computacional, REDEMAT/UFOP, Ouro Preto, Fevereiro, 2010.

[02] – COELHO, G., Apostila de introdução à utilização da termodinâmica computacional, I Workshop Brasileiro de Termodinâmica Computacional, Lorena, 2008.


Engo. Humberto Magalhães – [email protected]. Fábio Dian Murari – [email protected]

BSc. Leandro Nakamura – [email protected]

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