Simulação computacional de transformações simultâneas nos vértices e nas faces dos grãos de uma tesselação de Poisson-Voronoi - Santos, Daniel Gomes de Souza dos (2023)
As transformações de fase no estado sólido desempenham um papel essencial em Metalurgia e Materiais. A compreensão deste conceito permite o desenvolvimento de novos materiais e o aperfeiçoamento dos materiais existentes. A maioria das transformações no estado sólido se dá em duas etapas: a nucleação e o crescimento. A nucleação em um material policristalino pode iniciar em sítios aleatoriamente distribuídos no espaço, mas ocorre preferencialmente, em 3D, nas faces, arestas e vértices do policristal. A nucleação das transformações nestes locais é competitiva e pode ocorrer simultaneamente em todos os sítios. Muitos estudos de transformações de fase por nucleação e crescimento consideram a formação de apenas uma fase, entretanto, duas ou mais transformações podem ocorrer simultaneamente ou sequencialmente, casos que são geralmente observados nos materiais. Em 2011, Rios e Villa desenvolveram um método analítico para modelar situações em que mais de uma transformação ocorre simultaneamente ou sequencialmente. O modelamento computacional permite variar grandezas difíceis de serem controladas experimentalmente. Neste trabalho, foram realizadas simulações computacionais de transformações simultâneas, em 3D, nucleadas nos vértices e faces de um policristal, bem como em sítios aleatórios no espaço distribuídos segundo um processo de ponto de Poisson. A representação do policristal é feita por uma tesselação de PoissonVoronoi gerada através do método do Cone Causal. As transformações simuladas também tiveram seu crescimento modelado pelo método do cone causal. Os resultados obtidos apresentaram boa concordância com os modelos analíticos existentes para as condições consideradas. Corroborando com trabalhos anteriores, o modelo da cinética formal apresentou excelente concordância com as simulações nucleadas em sítios aleatórios da matriz. Foi observado que as reações nucleadas nas faces de uma tesselação de PoissonVoronoi podem ser descritas satisfatoriamente pela equação de Cahn. As reações nucleadas nos vértices da tesselação de PoissonVoronoi necessitaram ser ajustadas matematicamente, pois não apresentaram boa concordância com os modelos analíticos existentes. O princípio da superposição, utilizado por Rios e Villa, apresentou robustez no modelamento da transformação total das reações simultâneas para os casos de nucleação em sítios aleatórios e faces e de nucleação em vértices e faces. Em todos os casos simulados, a análise da contiguidade demonstrou grande relevância na interpretação dos resultados de cinética das reações.