Introdução a Termodinamica Computacional e ao uso do software Thermo-calc ,14 André Luiz V. da Costa e Silva

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1 Itrodução a Termodiamica Computacioal e ao uso do software Thermo-calc 2005,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

2 Processos expotâeos- Poteciais T T 2 P P 2 h T f 2 P f (a) (b) (c) (S) Poteciais Termodiâmicos: T, P e µ C0.02% C0.4% S +γ ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

3 Fuções, propriedades, etc. (Termodiâmicas) Cream Coffee Temperature Sweet Water Sweet water+ wet sugar Grams of sugar (% sugar) ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

4 A estrutura da Termodiâmica Leis Variáveis, medidas e relações Defiições Relações etre variáveis Critérios de quilíbrio ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

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6 Coceitos básicos para a Termodiâmica Sistema Aquecimeto de placa- e a atmosfera? Sistema iclui refratários e atmosfera Sistema metal-escória a paela stado de um sistema (descrição macro e microscópica) Fuções ou variáveis de estado Itesivas vs. xtesivas ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

7 A base da avaliação do equilíbrio Cada elemeto i, em cada fase φ, tem um valor de G bem defiido, que depede de P e T, isto é G φ g( P, T) Quado elemetos se misturam ou reagem, ocorrem variações de eergia livre, tais que a eergia das misturas é fução dos elemetos misturados, da fase formada, de sua composição e de P e T, isto é: φ φ φ Gmistura A B X AGA + X BGB + Gmistura ( P, T, X A, X B ) G ϕ ag + φ composto A B A bg + B G formaçao ( Aa B a b b) Costituído um sistema cotedo, 2,... a P e T, o sistema buscará a cofiguração (quatidade e composição de fases e misturas) que resulte em um valor MÍNIMO para G total, respeitada a coservação de massa. i ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

8 Sistemas Multicompoete (Biários e mais) ϕ G m T P x x (,,... ) i x i o ϕ G + G i ideal m + G excess m G m ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

9 9 2005,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Termodiâmica (de quilíbrio) G de cada fase pode ser calculado: ),%,,%,%, ( ),%,,%,%, ( ),%,,%,%, ( T P h G T P g G T P f G ϕ A Pressão e Temperatura costates, G total do sistema será míimo. Quais fases podem existir? fase para cada G G G G c i i c c c c TOTAL 00 % %, % % %, % % %, % % φ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ

10 Duas visões do mesmo equilíbrio O equilíbrio correspode ao míimo de G para o sistema No equilíbrio determiadas codições são atedidas ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

11 2005,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Codições de quilíbrio m equilíbrio, todos os poteciais termodiâmicos tem de ser iguais em todas as fases. γ γ γ γ γ µ µ µ µ µ µ µ µ µ b b b a a a P P P T T T

12 Termodiâmica Computacioal T Fe X Ajuste dos melhores modelo para G φs Codições do sistema, P,T, %i s G 0 H Cp Miimização de G total para as codições estabelecidas f.e.m Medidas xperimetais quilíbrio do sistema: Fases φ, quatidades, %i s em cada fase ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

13 Porque o método CALPHAD Porque é ecessário? O úmero de sistemas biários é limitado... O úmero de sistemas terários é imeso... Materiais de iteresse comercial ormalmete tem >4 compoetes! Porque fucioa? NTROPIA os ajuda! Raramete uma ova fase aparece em um sistema 4-rio! As iterações importates provém, pricipalmete, dos sistemas biários ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

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15 Compostos imprevisíveis (Apeas assumido misturas) em Biários (Fe-C, Fe-Cr) Cemetita Carboetos de cromo ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

16 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Mo () sigma ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Fe Cr

17 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Mo (2) Fase R sigma Fase mu Fase C4 Fe ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Mo

18 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Mo (3) Mo ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Cr

19 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Mo (3) sigma Fase R Fase C4 sigma Fase mu Fe Cr Fe Mo Mo Cr CCC sigma CCC CCC C4 mu CCC CCC CCC ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

20 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Mo 650C Fe chi mu C4 sigma Mo ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Cr

21 As fases que ão são previsíveis Fe-Cr-Ni (3) sigma Fe Cr Ni Cr Fe Ni CCC sigma CCC CFC CCC CCC CFC ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva

22 As fases que ão são previsíveis Ni Fe-Cr-Ni (4) 650C sigma Fe ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva Cr

23 O Programa Thermocalc- Que cálculos? Somete cálculos de equilíbrio (stável ou metaestável) Fases presetes, composições, quatidades etc. Diagramas de equilíbrio, produtos de solubilidade,etc. Redistribuição de soluto (via Scheil) Pode ser chamado de outros programas (via iterfaces) A ART : Defiir as codições termodiâmicas adequadas e iterpretar os resultados ,4 Adré Luiz V. da Costa e Silva