Aplicação do método do campo de fases no crescimento inicial após a nucleação heterogênea.

• Main Author: Ribeiro, Felipe Martins Pereira
• Publication Date: 2023
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-11042024-083054/
• topic: Campo de fases; Grain growth; Inoculação; Inoculation; Phase-field; Simulação; Simulation; Solidificação; Solidification

O objetivo do processo de inoculação é o refino de grão, que significa diminuir o tamanho de grão médio e bloquear o crescimento de grãos colunares, melhorando assim as propriedades finais e diminuindo a anisotropia do material de estrutura bruta de solidificação. Como exemplo, inoculantes baseados no sistema Al-Ti-B são amplamente utilizados na indústria de fundição de ligas de alumínio para induzir a formação de grãos equiaxiais durante a solidificação de peças. O modelo de crescimento livre é utilizado para explicar o comportamento do sólido durante seu crescimento sobre uma partícula de inoculante logo após a nucleação heterogênea. No presente trabalho são conduzidas simulações pelo método do campo de fases (\"phase-field method\") do crescimento de um sólido puro logo após a nucleação heterogênea. Com essas simulações, pretende-se reproduzir e compreender em maiores detalhes como ocorre o envelopamento de uma partícula por um sólido que nucleou em sua superfície. A construção do modelo de campo de fases foi feita em etapas, onde foi validado mediante comparação com resultados da literatura. Posteriormente, foram realizadas as simulações do crescimento do sólido após a nucleação heterogêneo na qual uma calota sólida foi posicionada sobre uma partícula de substrato. Foi definida uma condição de contorno que permite impor um ângulo de contato entre o sólido e a partícula no ponto triplo. Parte do código implementado foi executado em uma unidade de processamento de vídeo (GPU) dedicada, possibilitando cálculos paralelos, diminuindo significativamente o tempo de simulação. Os resultados mostraram que uma partícula de determinado tamanho, com temperatura constante e super-resfriada contribui para que o sólido cresça, envelopando a partícula inoculante. A hipótese do crescimento livre pôde ser confirmada nas condições simuladas, bem como o bloqueio do crescimento livre quando a largura da partícula era menor que duas vezes o raio crítico da calota sólida.