Usando Thermo-calc (até diagramas binários) (Parte 2) Veja o manual e os exemplos! (Os exemplos ajudam muito)

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1 Usando Thermo-calc (até diagramas binários) (Parte 2) Veja o manual e os exemplos! (Os exemplos ajudam muito) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

2 TCW versus TCC TCC Power user TCW TCW 4 Proficiência TCW 3 TCC Mortalidade Infantil t , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

3 TC3 Modo gráfico e modo console TCC Power user Modo Gráfico Proficiência TCC=Modo Console Mortalidade Infantil t , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

4 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!) 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 Calcular e ver o resultado Definir o espaço a ser amostrado Apresentar os resultados Tabela ou gráfico , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

5 Variáveis Termodinâmicas no TC , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

6 Variáveis termodinâmicas no TC (composição) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

7 Variáveis termodinâmicas cont , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

8 TC3 Modo Gráfico (GUI) e Modo Console Mudando para Console (TCC) Onde estou? O projeto no modo GUI Casos Típicos , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

9 O modo Console (igual ao TCC) Mudando para GUI (Grafico) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

10 Rearrumando as janelas no GUI (Reset Windows) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

11 Acompanhando o que vai acontecendo (Event Log, GUI) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

12 Roteiro Básico O projeto na Interface Gráfica Escolha o Banco de Dados Escolha os Elementos Alguma fase indesejada Rejeite ou Dormant Estabeleça as condições termodinâmicas Calcule um (ou o) equilíbrio Repita os cálculos, variando uma ou mais condições (Axis definition) Escolha a melhor representação gráfica , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

13 Criando e avançando em um projeto no modo Gráfico (1) Botão direito do mouse , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

14 Criando e avançando em um projeto no modo Gráfico (2) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

15 Exemplo Binário Fe-Cr (1)- via template Clicar no template escolhido , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

16 O projeto e seus símbolos Escolha dos elementos Elementos, banco de dados e cálculo escolhidos Não executado e/ou Mal definido , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

17 Dois caminhos Calculate PHASE DIAGRAM e depois PLOT RENDERER, PERFORM Direto PLOT RENDERER PERFORM Executando! , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

18 O resultado , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

19 O cursor informa o que foi calculado , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

20 Zoom é fácil : Clique e puxe, clique e empurre (!) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

21 Explorando o Plot Renderer Conodos Cores e linhas no gráfico , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

22 Curvas de Energia Livre composição Como identificar o estado de referência de G? , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

23 Atividades , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

24 Exemplos de Aplicação Transformações , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

25 (1) Criar no projeto: System Definer , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

26 No System Definer Banco de Dados Elementos (Fe, C) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

27 Exemplo Binário Fe-C (2)- manual Começar um novo projeto Montar o projeto que precisamos para o Fe-C (podia ser o Fe-Cr, é claro!!) System definer Equilibrium Calculator Plot Renderer , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

28 (2) Criar no Projeto: Equilibrium Calculator Right click , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

29 O Equilibrium Calculator Condições para um primeiro equilibrio, simples Eixos , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

30 Calculo de Equilibrio (no Equilibrium Calculator) Estando no no SIMPLIFIED mode, o TC escolhe as variáveis termodinâmicas que se pode usar A alternativa é o modo ADVANCED O TC precisa de um equilíbrio inicial (que pode ser o único que queremos calcular) ou para poder variar as variáveis do espaço termodinâmico que vamos amostrar (CUIDADO: O TC chama de EIXOS, mas NÃO SÃO, necessariamente, os eixos do GRAFICO, sempre!!) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

31 Axis definition (no Equilibrium Calculator) Define qual(is) variável(eis) termodinâmica(s) será(ão) variadas (comando DO!) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

32 (3) Criar no Projeto: Plot Renderer (para ver os resultados!!) Right click , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

33 Plot Renderer (acertar os eixos para %C e T manter a escala está em Automatic) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

34 Executar o projeto (Se tudo está ok!) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

35 O diagrama Fe-C ZOOM! , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

36 E o diagrama Meta-estável Fe-C??? Um sistema é meta-estável em relação a uma ou mais fases que seriam estáveis mas são impedidas de formar. No Thermo-calc Des-selecionar a fase no System Definer Escolher o Status Dormant Fase des-selecionada, DESAPARECE (não é lida do banco de dados) Fase Dormant é calculada mas não forma , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

37 Criar o diagrama Fe-C metaestável e comparar com o estável , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

38 Selecionar elementos (e as fases?) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

39 Controlar as fases (GRAPHITE e DIAMOND, Dormant) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

40 Um novo sucessor para calcular este equilíbrio , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

41 Colocando no mesmo gráfico! O PLOT RENDERER 1 DEVE RECEBER UM NOVO PREDECESSOR!! , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

42 Dois equilíbrios em um mesmo gráfico , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

43 , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

44 Mudar a escala por ZOOM ou na PLOT RENDERER , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

45 O ZERO das funções de Energia h h m , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

46 Estado de referência SER para os elementos puros O zero de entalpia é escolhido, normalmente, como sendo a fase mais estável da elemento puro, a temperatura de 25 o C (298.15K) e pressão de 1 atm. Este estado é chamado SER (Standard Element Reference). Assim, para o Ferro, por exemplo: H SER Fe CCC, K atm = H , 1 = Fe 0 Matematicamente, todas as expressões de G, no Thermo-calc deveriam ser, portanto: G ϕ SER Fe H Fe Dinsdale, A. T SGTE data for Pure Elements. CALPHAD 15 (4): , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

47 Funções de Energia e seu Zero Qual o zero da funções de Energia? Standard Element Reference: SER. Fase mais estável, do elemento puro, a 298,15K e 1 atm. Ex: (Fe, CCC), (Oxigenio, gás), (Ni, CFC) etc. TODAS as funções de Energia (G,H, potencial químico) são referidas a SER exceto se definido de outra forma, explicitamente. Matematicamente, todas as expressoes de G, no Thermocalc deveriam ser, portanto: G ϕ SER Fe H Fe , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

48 Observando G no Fe-Cr, 600C, modulo BINARIO (usando BCC ou SER) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

49 Observando G no Fe-Cr, 600C, modulo BINARIO (usando BCC ou SER) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

50 E a atividade do carbono? É possível ver? No SYSTEM Definer se define o estado de referência de cada COMPONENTE. O default é SER , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

51 Calculando a Atividade O Thermo-calc sempre calcula o potencial químico e a atividade. Nem sempre o estado de referência é o que estamos acostumados. O default é SER!!!! , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

52 E a atividade do carbono no Fe-C? É possível calcular? No System Definer se define o estado de referência de cada COMPONENTE. O default é o estado SER , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

53 Definindo um estado padrão mais usual para a atividade Sem novidades no Equilibrium Calculator , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

54 Preparando o Plot Renderer para Atividade do C , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

55 Quando se plota dois potenciais termodinâmicos, há LINHAS bifásicas e PONTOS tri-fásicos (lembre-se de P,T, por exemplo!) , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

56 G Minimization and Equilibrium State - Evitando mínimos locais!! G = N G x φ i φ = 0 φ G φ m ( φ T, P, x ) i µ µ α i 1 i α = G + m j= = µ 2 i n 1 1 ( δ =... = µ ij φ i x α j ) G x α m α j (i = 1, n) Fcc Unstable Unstable G m Sigma Bcc Metastable Metastable Stable Fe , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva X Cr Cr

57 A opção Global minimization , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

58 Módulo 2 Fim do Módulo , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

59 , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva Regras das Fases- Graus de Liberdade Condições de Equilíbrio Em equilíbrio, todos os potenciais termodinâmicos tem de ser iguais em todas as fases. γ β α γ β α γ β α γ β α γ β α µ µ µ µ µ µ µ µ µ n n n b b b a a a P P P T T T = = = = = = = = = = = = = = = n n n n n k z l z c y b x a k z l z c y b x a k z l z c y b x a k z l z c y b x a = = = =

60 Regras das Fases- Graus de Liberdade Regra das Fases (Phase Rule) (C+2) lines T P µ µ.. µ α α α a α b α n (P-1) equations = T = P = µ = µ = µ β β β a β b β n =... = T =... = P γ =... = µ =... = µ =... = µ γ γ a γ b γ n Number of Equations: (C+2)(P-1)=CP+2P-C-2 Number of Variables: (C-1)P composition variables P temperatures P pressures CP-P+2P=CP+P variables Variables-Equations= Degrees of Freedom CP+P-( CP-C+2P-2)=F C-P+2=F , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva

61 Regra das Fases- Visão Computacional C-P+2=F Se não fixarmos nenhuma fase, a priori, é preciso definir C+2 condições para poder calcular um equilíbrio , 2007, 2014 André Luiz V. da Costa e Silva