Un método de entalpía informado por CALPHAD para sistemas de aleaciones multicomponentes con transiciones de fase
Autores: Scherr, Robert; Liepold, Philipp; Markl, Matthias; Körner, Carolin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un método de entalpía informado por CALPHAD para sistemas de aleaciones multicomponentes con transiciones de fase
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Simulación de procesos industriales
Palabras clave
Transiciones de fase sólido-líquido
Método de entalpía
Aleaciones multicomponentes
CALPHAD
Transiciones polimórficas
Fabricación aditiva
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Las transiciones de fase sólido-líquido de metales y aleaciones juegan un papel importante en muchos procesos técnicos. Por lo tanto, las simulaciones numéricas correspondientes necesitan modelos adecuados. El método de entalpía es el enfoque actual de vanguardia para esta tarea. Sin embargo, este método tiene algunas limitaciones con respecto a las aleaciones multicomponentes, ya que no considera la entalpía de mezcla, por ejemplo. En este trabajo, presentamos una versión novedosa del método de entalpía informada por CALPHAD que elimina estas desventajas. Además, se presta especial atención al manejo de transiciones de fase polimórficas y sólido-líquido. Se desarrollaron algoritmos eficientes y robustos para la conversión entre entalpía y temperatura. Demostramos las capacidades del método presentado utilizando dos implementaciones diferentes: un solucionador de Boltzmann en red y un solucionador de diferencias finitas. Demostramos el comportamiento correcto del método desarrollado mediante diferentes escenarios de validación. Finalmente, el modelo se aplica a la fusión de lecho de polvo por haz de electrones, un proceso moderno de fabricación aditiva para metales y aleaciones que permite aleaciones de diferentes mezclas de polvo in situ para producir piezas de ingeniería complejas. Revelamos que la entalpía de mezcla tiene un efecto significativo en la temperatura y vida útil del charco de fusión y, por lo tanto, en las propiedades de la pieza.
Descripción
Las transiciones de fase sólido-líquido de metales y aleaciones juegan un papel importante en muchos procesos técnicos. Por lo tanto, las simulaciones numéricas correspondientes necesitan modelos adecuados. El método de entalpía es el enfoque actual de vanguardia para esta tarea. Sin embargo, este método tiene algunas limitaciones con respecto a las aleaciones multicomponentes, ya que no considera la entalpía de mezcla, por ejemplo. En este trabajo, presentamos una versión novedosa del método de entalpía informada por CALPHAD que elimina estas desventajas. Además, se presta especial atención al manejo de transiciones de fase polimórficas y sólido-líquido. Se desarrollaron algoritmos eficientes y robustos para la conversión entre entalpía y temperatura. Demostramos las capacidades del método presentado utilizando dos implementaciones diferentes: un solucionador de Boltzmann en red y un solucionador de diferencias finitas. Demostramos el comportamiento correcto del método desarrollado mediante diferentes escenarios de validación. Finalmente, el modelo se aplica a la fusión de lecho de polvo por haz de electrones, un proceso moderno de fabricación aditiva para metales y aleaciones que permite aleaciones de diferentes mezclas de polvo in situ para producir piezas de ingeniería complejas. Revelamos que la entalpía de mezcla tiene un efecto significativo en la temperatura y vida útil del charco de fusión y, por lo tanto, en las propiedades de la pieza.