Estudo na nucleação em poliedros via simulação computacional

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Fonseca, Guilherme Dias da
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Transformação de fase; Simulação computacional; Nucleação; Contorno de grão; Taxa constante; Poliedros; Microestrutura; Simulação por computador; Cinética; Engenharia Metalúrgica; Produção intelectual; Phase transformations; Computer simulation; Nucleation; Grain boundary; Rate consntant; Polyhedra; Microstructure
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/27165

Uma das etapas mais importantes das transformações de fases em sólidos é a nucleação. Para seu modelamento é necessário especificar a localização dos núcleos no espaço, o modo de crescimento em relação ao tempo, assim como a sua forma geométrica. Na teoria clássica de Johnson­Mehl­Avrami­Kolmogorov (JMAK), existem dois modos de surgimento do fenômeno. Por saturação de sítios e através da taxa constante de nucleação. No primeiro os núcleos surgem todos no mesmo instante de tempo, entretanto no segundo os novos núcleos surgem a cada instante de tempo, até que toda a matriz seja transformada. Já a distribuição dos núcleos ocorre de forma aleatória no espaço, tanto para saturação de sítios quanto para a taxa constante de nucleação. No entanto, é comum em policristais observar a nucleação heterogênea, ou seja, a nucleação ocorre em sítios preferenciais, como nos contornos dos grãos. Em um trabalho clássico de 1956, John W. Cahn propôs uma expressão analítica que se tornou a base para importantes estudos das características fenomenológicas da taxa constante de nucleação em sítios preferenciais. Assim, utilizou­se da simulação computacional para modelar a nucleação tanto por saturação de sítios, quanto por taxa constante, nas interfaces de poliedros de Kelvin. Com os resultados obtidos, observou­se que a distribuição dos sítios de nucleação e a quantidade de núcleos utilizados nas simulações são preponderantes para aproximação e entendimento das características fenomenológicas da nucleação e crescimento em transformação de fases. Foi observado também que se os núcleos estão bem distribuídos nas interfaces o impingement será mais fraco do que descrito pela equação de JMAK e a partir de 1507 núcleos o modelo que corrobora com as simulações é o de Cahn. Estudou­se a contiguidade, razão da contiguidade, dispersão e duplex, para verificar quais eram mais úteis para descrever a evolução microestrutural das transformações propostas. Destes parâmetros, a dispersão quanto a contiguidade forneceu informações úteis sobre a fração volumétrica e da área interfacial entre material transformado e não transformado, que seriam difíceis de inferir sem o seu uso. Obteve­se também a análise metalográfica da microestrutura plotada em 3D e discutida em 2D para melhor visualização e comparação dos resultados.