Nucleation is a phenomenon associated to the start of the new phase, from a primary phase, named matrix. Growth is the increase in size of this new phase over time. In metallic materials, the nucleation may take place on the grain boundaries of the primary phase. A network of Kelvin polyhedra was used in this paper to represent the grains. A computer simulation was performed in which nucleation took places at the faces, edges and vertices of this polyhedral network. The Causal cone method was employed in the simulations. The results of the present computational simulations were compared with the classical Johnson Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) as well as with Cahn model for nucleation at the grain boundaries. JMAK theory considers nuclei to be uniform randomly located within the matrix. Cahn analytical model specifies that nucleation takes place on random planes. For a small number of nuclei, the simulations approached the JMAK model whereas as the number of nuclei increased the simulation results agree with Cahn's theory. Reasons for this are fully discussed.

In the phase transformations of the solid state, situations can occur in which the initial phase transform forming two or more distinct phases. The exact mathematical model for situations where more than one transformation occurs simultaneously or sequentially was proposed by Rios and Villa. The computational simulation was used to study the evolution and visualization of the possible microstructures that these transformations may present. The causal cone methodology was adopted. The simulations were compared with the analytical model to ensure that they occur as expected. The growth of individual grains of each phase was monitored in 3D microstructure evolution. With this monitoring, was possible to extract useful data able to quantify the simulated 3D microstructure. Quantifying the simulated microstructures increase the possibility of the simulations give to the experimentalist insights about the transformations. In this paper, it is verified that each grain evolves in an individual way, as expected, however their growth is similar.

No abstract

Resumo Com base nos modelos analíticos de Johnson e Mehl, Kolmogorov e Avrami (JMAK) e Cahn, no presente trabalho estudou-se via simulação computacional a cinética das transformações de fases no estado sólido. Tais transformações ocorreram numericamente por nucleação e crescimento nas interfaces de poliedros do tipo Ortotetracaidecaedros em um domínio discreto. O intuito da matriz de Ortotetracaidecaedros é aproximar-se das características fenomenológicas de uma rede perfeita de grãos no espaço amostral. Realizaram-se simulações de nucleação com posições aleatórias em toda a matriz (bulk). Em um segundo estudo foram realizadas novas simulações de nucleação aleatoriamente, porém somente nas interfaces dos Ortotetracaidecaedros. A quantidade de núcleos iniciais para cada caso foi definida por processo de ponto de Poisson. A fração volumétrica, a área interfacial entre material transformado e não transformado, a contiguidade e o caminho microestrutural foram os resultados obtidos através das simulações. Tais resultados foram comparados com as equações analíticas. As nucleações com até mil núcleos corroboraram com JMAK e foram ratificados com o comportamento da contiguidade e do caminho microestrutural. Já as nucleações com valores acima de mil núcleos, mostram a presença de clusters, apresentando uma boa concordância com o modelo analítico de Cahn.

Resumo A maneira com que acontece a nucleação interfere diretamente na forma dos contornos de grão e também nas propriedades do material em questão. Para visualizar melhor, pode-se utilizar uma célula cúbica, na qual é possível notar que em cada eixo há diferença de textura e densidade entre os grãos já desenvolvidos. Neste trabalho, foram empregadas duas vias de estudo a fim de obter os resultados desejados. A primeira delas é a nucleação homogênea dos grãos e a outra, a nucleação não homogênea, ambas com velocidade constante. Esse fenômeno pode ser visto durante a recristalização de grãos. Rios e Villa [6] criaram um método efetivo para analisar a cinética das transformações homogêneas e não homogêneas a partir do método de JMAK[1-5]. Para comparar método analítico foi desenvolvida uma simulação computacional com base no modelo analítico Rios e Villa [6], foi utilizado a metodologia do Cone Causal (método estocástico). Os gráficos gerados confirmam a teoria de Rios e Villa [6] para esses casos particulares e comparam os resultados obtidos com o conceito de JMAK [1-5].