Thermo-Calc for Windows TCW - Uma visão geral -

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1 Thermo-Calc for Windows TCW - Uma visão geral - Workshop de Termodinâmica Computacional 2010 Escola de Minas REDEMAT/UFOP Ouro Preto Eng o. Humberto Magalhães Aciaria - ArcelorMittal Monlevade Eng o. Fábio Dian Murari Centro de Pesquisa USIMINAS BSc. Leandro Nakamura Centro de Pesquisa ArcelorMittal Inox Brasil 1

2 SUMÁRIO Introdução Ferramentas principais Exemplos aplicados à Siderurgia Referências bibliográficas 2

3 INTRODUÇÃO Tabela I Principais softwares de termodinâmica computacional. [01] Software Thermo-Calc FactSage MTDATA Thermodata Therdas CEQCSI ArcelorMittal R&D PANDAT, Origem Suécia Canadá UK França Alemanha França USA 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. 3

4 INTRODUÇÃO Tabela II Comparativo entre as inclusões encontradas no sistema real com as previstas pelo Thermo-Calc. [01] Etapas do processo Metalurgia panela Forno Panela Início lingotamento contínuo Tarugo Fio-máquina Industrial Al-O Al-O-Mg-Ca-S Al-O-Mg-Ca-S Al-O-Mg-Ca-S-Mn Al-O-Mg-Ca-S-Mn Thermo-Calc Al-O Al-O-Ca-S Al-O-Ca-S Al-O-Mg-Ca-S-Mn Al-O-Mg-Ca-S-Mn Forno Panela (T=1550ºC) [01] # 02 # 03 # 05 # 07 # 17 # 19 # 24 # 26 4

5 INTRODUÇÃO Diagrama de desoxidação para o sistema Si-Mn-O a 1600ºC. [01] 5

6 INTRODUÇÃO Sistema Fe-O-Si-Al, a T=1600 o C. [01] 6

7 INTRODUÇÃO Figura 01 Esquema dos fluxos para utilização da termodinâmica computacional [02]. SIDERÚRGICAS 7

8 FERRAMENTAS PRINCIPAIS Acesso para calcular um diagrama binário Acesso para calcular solidificação pelo Scheil Acesso para calcular um diagrama Ternário 8

9 FERRAMENTAS PRINCIPAIS Seleção do Banco de Dados (BD) Apresentação química do elemento Elementos ativados (negrito) estão contidos no BD selecionado. Os elementos selecionados para o cálculo termodinâmico ficam destacados de vermelho Elementos selecionados para o cálculo. 9

10 FERRAMENTAS PRINCIPAIS Seleção da guia PHASES Todas as fases rejeitadas de formar através dos elementos selecionados Todas as fases selecionadas para o cálculo. Vários materiais, sendo possível deixar salvo o material criado pelo usuário. 10

11 Diagrama Binário Menu principal Atalho Diagrama Binário Seleção dos elementos Binário/Curvas G/ Para cálculo das curvas de energia livre é necessário colocar uma temperatura de referência. 11

12 Diagrama Ternário Menu principal Atalho Diagrama Ternário Seleção dos elementos Isothermal section/ Monovariant lines/ Liquidus projection 12

13 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 01 Curva de C x O 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. 9 Clicar em NEXT. 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 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 algumas modificações na configuração original. 17 No Label Option, troque pela opção Axis Quantity. 18 Clique na Lupa + e busque a área de interesse dando zoom na área do diagrama. 19 Após as modificações e após as aproximações com a Lupa, o formato do diagrama será como abaixo. 13

14 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade 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. 6 Clicar em NEXT. 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 9 Clicar em NEXT. 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. 14

15 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade 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 intervalo específico, neste caso de 0 a 0,0020%. 24 Colocar 100 steps no Axis 2, deixar marcado GENERATE AUTOMATIC START POINTS e OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION 15

16 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade 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 campos de fases; 29 Verificar se todas as linhas presentes representam somente uma fase; 30 Caso em um mesmo campo apareça duas escritas de fases diferentes, 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 achado como ponto iniciais no MAP e DESMARCAR a opção OVERWRITE PREVIOUS CALCULATION, 33 Se for necessário mudar a escrita do campo de fase, basta clicar duas vezes sobre a escrita 34 Ir em Format Diagram/scaling; 35 Mudar a escala para ficar como a escala original (primeiro diagrama) 16

17 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade Linha e campo que estavam faltando 17

18 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade 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. 18

19 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA - 02 Janela de lingotabilidade FORNO PANELA LINGOTAMENTO CONTÍNUO Espessura da janela 19

20 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA- 03 Diagrama ternário CaO-SiO 2 -Al 2 O Definir elementos: O, Al, Si, Ca 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 = Map/Step plotar W(SiO2) x W(Al2O3) 06 - Em Format Diagram escolher o de forma triangular Pode ser notado nos resultados que a melhor configuração é fixando as composições de SiO2 e Al2O3. 20

21 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 04 Determinação da Austenita 21

22 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 04 Determinação da Austenita 22

23 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 04 Determinação da Austenita 23

24 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 04 Determinação da Austenita 24

25 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 04 Determinação da Austenita 25

26 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação 26

27 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação 27

28 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação 28

29 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação 29

30 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação 30

31 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Precipitação THERMO-CALC ( :14.14) : DATABASE:TCFE6 P= E5, 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; :T ,BPW(ALN) 2:T ,BPW(BCC_A2) 3:T ,BPW(CEMENTITE) 4:T ,BPW(MNS) 5:T ,BPW(FCC_A1) 6:T ,BPW(LIQUID) BPW(*) MASS FRACT TEMPERATURE_CELSIUS 31

32 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 05 Solubilização Simulações TCW5 - Banco de dados: TCFE6 THERMO-CALC ( :14.14) : DATABASE:TCFE6 P= E5, 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; :T ,BPW(ALN) 2:T ,BPW(BCC_A2) 3:T ,BPW(CEMENTITE) 4:T ,BPW(MNS) 5:T ,BPW(FCC_A1) 6:T ,BPW(LIQUID) BPW(*) MASS FRACT Solubilização AlN: 1275 ºC MnS: 1300 ºC TEMPERATURE_CELSIUS 32 32

33 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 06 Isopleta do Carbono 33

34 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 06 Isopleta do Carbono 34 34

35 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 06 Isopleta do Carbono 35 35

36 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 06 Isopleta do Carbono 36 36

37 EXEMPLO APLICADOS À SIDERURGIA 06 Isopleta do Carbono 37 37

38 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, [02] COELHO, G., Apostila de introdução à utilização da termodinâmica computacional, I Workshop Brasileiro de Termodinâmica Computacional, Lorena, Eng o. Humberto Magalhães humberto.magalhaes@arcelormittal.com.br Eng o. Fábio Dian Murari fabio.murari@usiminas.com BSc. Leandro Nakamura leandro.nakamura@arcelormittal.com.br 38