BR112016007990B1 - Método para selecionar uma composição de um material, e, meio legível por computador não transitório - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA SELECIONAR UMA COMPOSIÇÃO DE UM MATERIAL, E, MEIO LEGÍVEL POR COMPUTADOR NÃO TRANSITÓRIO. A tecnologia descrita se refere a um método para selecionar uma composição de materiais e/ou configuração de uma liga. Em um aspecto, um método para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo compreende receber uma entrada compreende dados de fase termodinâmicas para uma pluralidade de materiais. O método inclui adicionalmente extrair dos dados de fase termodinâmicas uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais por um dispositivo de computação. As quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material. O método inclui adicionalmente armazenar as quantidades termodinâmicas extraídas em um meio legível por computador. O método inclui ainda explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais à base de uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório US 61/917.845, depositado em 18 de dezembro de 2013, e do Pedido Provisório US 61/889.413, depositado em 10 de outubro de 2013, cujas íntegras são, pelo presente, incorporadas pela referência.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Campo

[002] A tecnologia descrita refere-se, em algumas modalidades, à configuração de materiais e, mais particularmente, à configuração de ligas usando diagramas de fase termodinâmica. A tecnologia descrita também refere-se à seleção de composições de materiais e, mais particularmente, à seleção de composições de um material tendo uma propriedade alvo pelo uso de quantidades termodinâmicas extraídas dos dados de fase termodinâmica.

Descrição da Tecnologia Relacionada

[003] A seleção de um material tendo uma propriedade alvo para fabricação frequentemente exige que um fabricante tenha um entendimento da microestrutura e/ou da nanoestrutura que é associada à propriedade alvo. Para alguns sistemas de material, termodinâmica de equilíbrio pode ser usada para prever a presença de várias fases de um sistema de material sob condições de equilíbrio. Por exemplo, um diagrama de fase de equilíbrio pode ser usado para descrever condições físicas sob as quais várias fases de equilíbrio de um sistema de material podem ser estáveis e sob as quais algumas fases de equilíbrio podem coexistir. A geração dos diagramas de fase, entretanto, especialmente para sistemas de material com muitos (por exemplo, mais do que quatro) elementos com pelo menos tantas fases, tem, frequentemente, computação intensiva. Além do mais, quando muitos sistemas de material forem comparados para a configuração de um sistema de material, a computação e a comparação dos diagramas de fase podem ser proibitivamente onerosas em termos tanto de computação quanto de recursos humanos. Além do mais, a extração de informação útil frequentemente envolve que versados na técnica interpretem uma representação gráfica, o que também pode ser demorado.

[004] Além do mais, embora diagramas de fase termodinâmica provejam informação de fase de equilíbrio, eles podem não necessariamente se correlacionar às reais fases presentes em virtude de os diagramas de fase não conterem informação relacionada à cinética da formação das fases e/ou informação relacionada à energética relacionada à microestrutura dos materiais. Embora informação de cinética e/ou microestrutural possa ser reunida usando técnicas de análise física e microestrutural, tais como, por exemplo, feixe de elétron e formação de imagem em raio X e técnicas de análise de composição, tais técnicas também são frequentemente demoradas e/ou economicamente inviáveis.

[005] Em um ambiente de fabricação, para selecionar uma composição de material tendo uma propriedade alvo, um designer de material pode tipicamente analisar um diagrama de fase em gráfico para identificar fases de equilíbrio que podem ser desejáveis, sintetizar um número limitado de amostras com base na análise, e subsequentemente realizar análises físicas, tais como microscopia eletrônica e análise de composição, antes de escolher a composição de material a ser escalonada para fabricação. Um processo serial como este pode ser proibitivamente oneroso e demorado em virtude de o designer de material estar envolvido na análise de cada diagrama de fase em gráfico e/ou dados de análise física para verificar se as amostras sintetizadas, de fato, têm as fases desejadas na quantidade desejada e na forma microestrutural desejada, especialmente, quando o sistema de material for complexo (por exemplo, tiver mais de quatro elementos e fases) e muitas composições (por exemplo, centenas ou milhares) precisarem ser avaliadas para diversas propriedades alvos. Assim, há uma necessidade de um método de alto rendimento para selecionar um material tendo uma propriedade alvo que é pelo menos parcialmente implementado por computador, de maneira tal que o envolvimento do designer de material possa ser reduzido e totalmente eliminado em algumas porções do processo de seleção geral.

SUMÁRIO

[006] Em um aspecto, um método para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo compreende receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais. O método inclui adicionalmente extrair dos dados de fase termodinâmica uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais por um dispositivo de computação. As quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material. O método inclui adicionalmente armazenar as quantidades termodinâmicas extraídas em um meio legível por computador, por exemplo, um meio legível por computador não transitório. O método inclui adicionalmente explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

[007] Em um outro aspecto, um aparelho de seleção de composição de material compreende um módulo de extração dos dados de fase termodinâmica configurado para receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais e configurado para extrair dos mesmos uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais por um dispositivo de computação. Um dispositivo de computação que compreende um processador também pode ser parte do aparelho de seleção de composição de material. As quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material. O aparelho pode incluir adicionalmente um módulo de armazenamento que compreende um meio não transitório ou não transitório que tem, armazenadas no mesmo, as quantidades termodinâmicas extraídas. O aparelho inclui adicionalmente um módulo de exploração de dados eletrônicos configurado para explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

[008] Em um ainda outro aspecto, um meio legível por computador não transitório compreende instruções armazenadas no mesmo que, quando executadas, fazem com que um dispositivo de computação realize as seguintes etapas: receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais; extrair dos dados de fase termodinâmica uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais pelo dispositivo de computação, em que as quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material; armazenar as quantidades numéricas extraídas em um meio legível por computador; e explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

[009] Em um ainda outro aspecto, um método de configuração de um material ou uma liga é provido, por exemplo, um método para configuração de um material tendo uma propriedade alvo. O método compreende calcular diagramas de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais ou ligas usando um processador que compreende sistema de circuitos lógico. O método compreende adicionalmente extrair dos diagramas de fase quantidades termodinâmicas numéricas correspondentes a cada um da pluralidade de materiais ou ligas. O método compreende adicionalmente armazenar as quantidades numéricas em uma base de dados eletrônica. O método compreende adicionalmente explorar eletronicamente a base de dados eletrônica ou as quantidades numéricas armazenadas com um processador para classificar os materiais ou as ligas. A classificação pode ser com base em uma comparação das quantidades numéricas para diferentes composições da liga, ou a classificação pode ser com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades numéricas para cada material em relação a critérios de desenho de material correspondentes à propriedade alvo.

[0010] Em algumas modalidades do método exposto, os diagramas de fase termodinâmica são calculados para determinar frações molares de equilíbrio de fases termodinamicamente estáveis em função da temperatura. Em algumas modalidades, a etapa de extração é com base em um conjunto de critérios de avaliação termodinâmica predeterminados. A extração das quantidades termodinâmicas pode compreender extrair uma temperatura de solidificação de pelo menos uma fase termodinamicamente estável. A extração das quantidades termodinâmicas pode compreender extrair uma temperatura de transição de fase de uma primeira fase para uma segunda fase. A extração da temperatura de transição de fase pode incluir extrair uma temperatura na qual uma primeira taxa de mudança da fração molar da primeira fase em função da temperatura é negativa e uma segunda taxa de mudança da fração molar da segunda fase em função da temperatura é positiva. A extração das quantidades termodinâmicas compreende extrair uma fração molar de equilíbrio de pelo menos uma fase termodinamicamente estável em uma temperatura entre cerca de 0 °C e 150 °C. A extração das quantidades termodinâmicas pode compreender extrair uma temperatura de fusão, em que a extração da temperatura de fusão inclui extrair uma temperatura na qual uma primeira taxa de mudança de fração molar de pelo menos uma fase termodinamicamente estável é negativa e uma segunda taxa de mudança de fração molar de uma fase líquida em função da temperatura é positiva.

[0011] Em algumas modalidades do método exposto, explorar eletronicamente pode compreender a classificação dos materiais ou das ligas com base em uma comparação das temperaturas de solidificação de pelo menos duas fases termodinamicamente estáveis. Explorar eletronicamente pode compreender a classificação dos materiais ou das ligas com base em uma comparação de uma temperatura de transição de fase de uma primeira fase para uma segunda fase em relação a uma temperatura de solidificação de uma terceira fase.

[0012] Em algumas modalidades do método exposto, o armazenamento das quantidades numéricas pode compreender armazenar em uma memória não volátil acoplada em um processador. O armazenamento das quantidades numéricas pode compreender armazenar em uma memória volátil acoplada em um processador. O armazenamento das quantidades numéricas pode compreender armazenar em um meio de memória removível.

[0013] Em algumas modalidades do método exposto, as propriedades dos materiais ou das ligas podem compreender propriedades microestruturais. O método pode ser realizado usando um sistema de computador que compreende uma pluralidade de processadores. A íntegra do método pode realizada usando um sistema de computador. O método pode compreender adicionalmente transmitir informação em relação à classificação dos materiais ou das ligas. Esta informação pode ser emitida para um visor ou para um meio legível por computador. O método pode compreender adicionalmente transmitir um subconjunto de materiais ou ligas com propriedades desejadas com base na classificação. O método pode compreender adicionalmente fabricar um ou mais materiais ou ligas do subconjunto de ligas.

[0014] Em outros aspectos, um método de configuração de uma liga não precisa incluir as etapas de calcular diagramas de fase termodinâmica, extrair quantidades termodinâmicas dos diagramas de fase e armazenar quantidades em uma base de dados eletrônica. Em um aspecto, um método de configuração de uma liga pode compreender explorar eletronicamente uma base de dados eletrônica que inclui as quantidades numéricas correspondentes às propriedades de ligas que foram previamente derivadas dos diagramas de fase termodinâmica para as ditas ligas, em que a exploração eletrônica é realizada com um processador para classificar as ligas com base em uma comparação das quantidades numéricas para diferentes composições da liga.

[0015] Em um ainda outro aspecto, um método para configuração de um material tendo uma propriedade alvo compreende executar uma ou mais instâncias de um algoritmo de cálculo do diagrama de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico. O método compreende adicionalmente executar uma ou mais instâncias de um algoritmo de extração de dados usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico, em que a execução de uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados compreende tomar como entrada pelo menos um subconjunto de resultados proveniente da execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase termodinâmica. O método compreende adicionalmente armazenar resultados provenientes da execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados em uma base de dados eletrônica. O método compreende adicionalmente executar uma ou mais instâncias de um algoritmo de exploração de dados usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico, em que a execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de exploração de dados compreende tomar como entrada pelo menos um subconjunto dos resultados armazenados provenientes da execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados.

[0016] Em algumas modalidades do método exposto, a execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados compreende extrair do pelo menos um subconjunto de resultados proveniente da execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase termodinâmica um conjunto de quantidades termodinâmicas numéricas correspondentes a cada um da pluralidade de materiais, em que a extração é com base em um conjunto de critérios de avaliação termodinâmica predeterminados. Os resultados provenientes da execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados podem incluir uma planilha eletrônica que inclui quantidades termodinâmicas numéricas correspondentes a cada um da pluralidade de materiais. O armazenamento dos resultados pode incluir o armazenamento em um meio de armazenamento não volátil. A execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de exploração de dados pode incluir explorar eletronicamente os resultados armazenados com um processador para classificar os materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades numéricas para cada material em relação a critérios de desenho de material correspondentes à propriedade alvo. Um dos processadores para execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase termodinâmica, do algoritmo de extração de dados ou do algoritmo de exploração de dados pode ser diferente dos processadores restantes. A execução de uma ou mais instâncias de um algoritmo de exploração de dados pode ser realizada múltiplas vezes a partir dos resultados armazenados.

[0017] Outros aspectos desta descrição incluem adicionalmente métodos implementados por computador relacionados à configuração de uma liga, bem como a sistemas e a aparelhos relacionados aos mesmos, bem como a métodos de fabricação de uma liga e às próprias ligas fabricadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] A figura 1 é um fluxograma que ilustra um método para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, de acordo com uma modalidade.

[0019] A figura 2 é uma ilustração esquemática de um aparelho para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, de acordo com uma modalidade.

[0020] A figura 3 ilustra um diagrama de fase calculado de acordo com uma modalidade.

[0021] A figura 4 é um fluxograma que ilustra um método de exploração eletrônica como parte da seleção de uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, de acordo com uma modalidade.

[0022] A figura 5A é um gráfico que ilustra uma comparação entre quantidades termodinâmicas extraídas (frações molares de fase calculadas) de um material e quantidades termodinâmicas medidas (frações molares de fase medidas) do material que são correlacionadas com microestruturas associadas a uma propriedade física do material.

[0023] A figura 5B é um micrógrafo eletrônico de escaneamento que mostra as microestruturas do material associadas à propriedade física do material que foi usado para medir as quantidades termodinâmicas (frações molares de fase medidas) graficamente representadas na figura 5A.

[0024] A figura 6A é um gráfico que ilustra um exemplo do processo de exploração de dados que envolve 15.000 ligas, de acordo com uma modalidade.

[0025] A figura 6B é um gráfico que ilustra um outro exemplo do processo de exploração de dados que envolve 15.000 ligas, de acordo com uma modalidade.

[0026] A figura 7 é um fluxograma que ilustra um método de cálculo de um diagrama de fase de acordo com uma modalidade.

[0027] A figura 8 é um fluxograma que ilustra um método de extração do diagrama de fase quantificações termodinâmicas como parte da seleção de uma composição de um material, de acordo com uma modalidade.

[0028] A figura 9 é um fluxograma que ilustra a exploração eletrônica de uma base de dados como parte da seleção de uma composição de um material, de acordo com uma modalidade.

[0029] A figura 10 é um fluxograma que ilustra um método para selecionar uma composição de um material, de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0030] O cálculo de diagramas de fase termodinâmica para selecionar uma composição de material é prática comum no campo de metalurgia e ciência de materiais, e seu uso, auxiliado pelos recentes avanços na energia de computação, tem desenvolvido em um campo separado de técnicas de cálculo conhecidas na indústria como Cálculo de Diagramas de Fase (CALPHAD). A técnica CALPHAD é muito útil no auxílio do entendimento de ligas e no desenho de novas ligas. A saída da técnica CALPHAD é um diagrama que exibe certa informação de termodinâmica, tal como, por exemplo, um diagrama de fase de equilíbrio que representa graficamente, por exemplo, fração percentual de fases de um material em relação à temperatura. O diagrama exibido é uma representação gráfica da informação de termodinâmica do material ou informação de termodinâmica de uma pluralidade de materiais. O diagrama pode ser usado por versados na técnica para entender sistemas de liga em equilíbrio e para desenhar ligas com base em tal entendimento.

[0031] Apesar dos avanços no cálculo dos diagramas de fase termodinâmica para determinar quantitativamente a estabilidade termodinâmica e a presença de fases de equilíbrio, como exposto, a geração e a interpretação dos diagramas de fase, bem como a correlação dos resultados com microestruturas associadas a uma propriedade física, podem ser proibitivamente demorados e/ou onerosos, especialmente para complexos sistemas de material que envolvem muitos elementos (por exemplo, mais do que quatro) e microestruturas complexas. São aqui descritas modalidades que descrevem métodos de acordo com os quais informação de termodinâmica pode ser efetivamente usada de uma maneira tal que uma liga possa ser desenhada sem uma necessidade de repetitivamente calcular diagramas de fase e/ou extrair quantidades termodinâmicas dos mesmos, nem uma necessidade de reclassificar para diagramas de fase graficamente representados, como é frequentemente feito por versados na técnica na indústria. De fato, as modalidades descritas ilustram a geração de uma base de dados de liga de quantidades termodinâmicas criadas a partir de algoritmos automatizados. Subsequente à geração e ao armazenamento das quantidades termodinâmicas em um meio de armazenamento, as quantidades termodinâmicas podem ser exploradas pela classificação e avaliação para selecionar candidatos com correlação predeterminada às microestruturas associadas a uma propriedade física. Vantajosamente, o processo de exploração pode ser realizado repetidamente usando algoritmos automatizados, de maneira tal que muitas ligas com várias propriedades físicas alvos possam ser desenhadas usando o processo de exploração, sem precisar adicionalmente calcular ou reclassificar nos diagramas de fase ou qualquer outra exibição gráfica dos dados de fase. Os métodos aqui descritos são vantajosos na provisão de rápido desenho de material, em virtude de eles poderem eliminar a necessidade de versados na técnica avaliarem um diagrama de fase termodinâmica e/ou a necessidade de extrair quantidades termodinâmicas do mesmo toda vez que a seleção de um material tendo uma nova propriedade alvo for desejada.

[0032] A figura 1 é um fluxograma que ilustra um método para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, de acordo com uma modalidade. O método 100 de seleção de uma composição de um material tendo uma propriedade alvo compreende, em um processo 104, receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais. O método 100 inclui adicionalmente, em um processo 108, extrair dos dados de fase termodinâmica uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais usando um microprocessador. As quantidades termodinâmicas extraídas podem ser quantidades numéricas extraídas diretamente dos dados de fase termodinâmica, ou quantidades numéricas que são derivadas das quantidades diretamente extraídas. As quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material. O método 100 inclui adicionalmente, em um processo 112, armazenar as quantidades termodinâmicas extraídas em um meio legível por computador. O método 100 inclui adicionalmente, em um processo 116, explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando um microprocessador para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

[0033] Em algumas modalidades, o processo 104 de receber uma entrada inclui carregar dados de fase termodinâmica calculados, por exemplo, dados do diagrama de fase termodinâmica, a partir do meio legível por computador, tais como um dispositivo de armazenamento ou um dispositivo de memória. Em algumas modalidades, o dispositivo de armazenamento ou o dispositivo de memória a partir dos quais a entrada é recebida no processo 104 podem ser incluídos em um aparelho de seleção de composição de material (figura 2) na forma de, por exemplo, um dispositivo de armazenamento interno ou um dispositivo de memória interno, por exemplo, uma DRAM ou uma unidade de armazenamento interna. Em ainda outras modalidades, os dados de entrada podem ser recebidos no processo 104 usando um meio portátil, tal como uma unidade flash, ou um meio óptico, tal como um CD ROM. Em outras modalidades, os dados de entrada podem ser recebidos no processo 104 por meio de uma rede a partir de um servidor remoto, por exemplo, quando os dados de fase termodinâmica puderem ter sido calculados. Em ainda outras modalidades, os dados de entrada podem ser recebidos no processo 104 por meio de um terminal de entrada, tais como um teclado, um sensor de imagem, um sensor de voz e um escâner, entre outros terminais de entrada através dos quais um usuário pode inserir dados.

[0034] Em algumas modalidades, o processo 116 de explorar eletronicamente não inclui calcular os dados de fase termodinâmica adicionais ou extrair quantidades termodinâmicas dos mesmos depois de armazenar as quantidades numéricas extraídas.

[0035] Em algumas modalidades, o método 100 de selecionar a composição não inclui a análise de uma representação gráfica dos dados de fase.

[0036] Em algumas modalidades, o método 100 compreende adicionalmente a síntese do material tendo uma composição correspondente a um dos materiais classificados.

[0037] Em algumas modalidades, o processo 108 da extração compreende executar um algoritmo para extrair, para cada material, as quantidades termodinâmicas selecionadas do grupo consistindo de uma fração molar de uma fase de material a uma temperatura, uma temperatura de formação de uma fase de material, uma temperatura de dissolução de uma fase de material, uma temperatura de transição entre as duas fases, uma percentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura, uma fração molar de uma primeira fase de material a uma temperatura correspondente a uma temperatura de formação ou a uma temperatura de dissolução de uma segunda fase e uma percentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura correspondente a uma temperatura de formação ou a uma temperatura de dissolução de uma segunda fase. Em algumas modalidades, o processo 108 da extração compreende adicionalmente executar um algoritmo para calcular uma quantidade derivada de uma ou mais das quantidades termodinâmicas usando uma expressão matemática. A expressão matemática pode ser selecionada do grupo consistindo de uma diferença na temperatura de formação de duas fases de material, uma diferença nas temperaturas de dissolução de duas fases de material, uma soma das frações molares ou em peso de pelo menos duas fases de material em uma temperatura, uma soma de frações molares de pelo menos duas fases de material em uma temperatura que estão presentes na ou abaixo de uma segunda temperatura.

[0038] Em algumas modalidades, o processo 116 de explorar eletronicamente compreende comparar pelo menos um subconjunto dos materiais em paralelo com base em pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

[0039] Em algumas modalidades, o processo 116 de explorar eletronicamente compreende, antes de classificar os materiais, inicialmente eliminar de um conjunto inteiro da pluralidade de materiais um ou mais candidatos de material com base em um ou mais critérios selecionados de uma quantidade termodinâmica limiar mínima, uma quantidade termodinâmica limiar máxima e uma faixa entre uma quantidade termodinâmica limiar mínima e uma quantidade termodinâmica limiar máxima. Em algumas modalidades, o processo 116 de explorar eletronicamente compreende classificar o pelo menos o subconjunto de materiais após a eliminação de um conjunto inteiro de um ou mais candidatos de material.

[0040] Em algumas modalidades, a íntegra do método 100 é realizada usando um sistema de computador. Em outras modalidades, apenas um subconjunto do método 100 pode ser realizado usando um computador. Por exemplo, a predeterminação das quantidades termodinâmicas extraídas a serem correlacionadas com microestruturas associadas a propriedades físicas do material pode ser tanto realizada usando um sistema de computador quanto realizada por versados na técnica.

[0041] Em algumas modalidades, o método 100 é realizado usando um sistema de computador que compreende pelo menos um microprocessador. Em outras modalidades, algumas características do método são realizadas usando um subconjunto dos microprocessadores de um sistema de computador, ao mesmo tempo em que outras características do método são realizadas usando um diferente subconjunto de microprocessadores do sistema de computador.

[0042] Em algumas modalidades, o método 100 compreende adicionalmente transmitir informação em relação à classificação dos materiais. Em outras implementações, a informação é emitida para um visor. Em ainda outras implementações, a informação é emitida para um meio legível por computador.

[0043] A figura 2 é uma ilustração esquemática de um aparelho para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, de acordo com uma modalidade. O aparelho de seleção de composição de material 200 compreende um módulo de seleção de composição de material 208, uma memória 228, um microprocessador 232 e um armazenamento 236, que são comunicativamente acoplados uns nos outros por meio de um barramento 240. A memória 228 inclui um ou mais dispositivos de memória voláteis, tais como, por exemplo, uma DRAM e/ou uma SRAM. O armazenamento 236 inclui um ou mais dispositivos de armazenamento não voláteis, tais como discos rígidos magnéticos e/ou unidades em estado sólido não magnéticas, que podem, por sua vez, incluir memória flash e/ou outros dispositivos de memória não volátil.

[0044] Na modalidade ilustrada da figura 2, o módulo de seleção de composição de material 208 também é comunicativamente acoplado em um módulo de dados de fase termodinâmica 204 e um módulo de correlação de quantidades termodinâmicas - microestrutura 220. O módulo de seleção de composição de material 208 inclui um módulo de extração dos dados de fase termodinâmica 212 configurado para receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica a partir do módulo de dados de fase termodinâmica 204, para uma pluralidade de materiais e configurado para extrair da mesma uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais usando o microprocessador 232. Na modalidade ilustrada, as quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas pelo módulo de correlação de quantidades termodinâmicas - microestrutura 220 para ter correlações com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material. O módulo de seleção de composição de material 208 inclui adicionalmente um módulo de armazenamento 216 configurado para armazenar as quantidades numéricas extraídas em um meio legível por computador, que pode ser um ou ambos da memória 228 ou do armazenamento 236. O módulo de seleção de composição de material 208 inclui adicionalmente um módulo de exploração de dados eletrônicos 224 configurado para explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas pelo módulo de armazenamento 216 usando o microprocessador 232 para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo. Cada um do módulo de extração das quantidades termodinâmicas 212, do módulo de armazenamento 216 e do módulo de dados eletrônicos 224 inclui algoritmos especializados descritos a seguir que são implementados em um hardware, que pode ser pelo menos porções da memória 228, do microprocessador 232 e/ou do armazenamento 236. Em algumas modalidades, pelo menos porções dos algoritmos do módulo de extração das quantidades termodinâmicas 212, do módulo de armazenamento 216 e do módulo de exploração de dados eletrônicos 224 podem ser desanexadas do aparelho de seleção de composição de material 200 por meio de um armazenamento portátil 236.

[0045] A seguir, em relação às figuras 3-6B, a título de exemplo e sem perder generalidade, um exemplo concreto de um método para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo é ilustrado.

[0046] A figura 3 ilustra um diagrama de fase calculado de acordo com uma modalidade. Em algumas modalidades, o método para selecionar a composição inclui receber uma entrada que compreende dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de ligas, em que cada liga é um sistema multifases. Em algumas modalidades, os diagramas de fase termodinâmica podem ser calculados usando um método adequado, por exemplo, usando um método de Cálculos de Computador dos Diagramas de Fase (CALPHAD). Em modalidades que empregam o método CALPHAD, um sistema de computador usa um modelo matemático para calcular curvas da energia livre de Gibbs das fases individuais de uma composição da liga. Para algumas fases do sistema de material, uma expressão analítica para calcular a energia livre de Gibbs pode não existir. Portanto, as curvas da energia livre de Gibbs são calculadas usando o sistema de computador pela adequação dos modelos matemáticos a dados experimentais usando parâmetros ajustáveis. Os parâmetros ajustáveis podem ser recuperados a partir de um sistema de armazenamento em computador. Subsequentemente, as curvas da energia de Gibbs das fases individuais podem ser combinadas para descrever um sistema de liga multifases. Em algumas modalidades, o cálculo do diagrama de fase usando o método CALPHAD pode ser implementado em pacotes de software comercialmente disponíveis, tal como Thermo-Calc (http://www.thermocalc.com/).

[0047] Em algumas modalidades, um típico sistema de liga tem pelo menos quatro elementos. O diagrama de fase calculado 310 é para uma composição de exemplo de um sistema de liga 1 com uma composição (% em peso) de FebalB1,3C0,8Cr5Mn1Mo1Nb4Si0,5Ti0,5V0,5. O diagrama de fase 310 exibe frações molares de equilíbrio das fases termodinamicamente estáveis no eixo geométrico y em função da temperatura exibida no eixo geométrico x. A figura 3 inclui curvas de fração molar de fases estáveis da composição do sistema de liga 1 que inclui fases de líquido 312 e primeira até nona fases que são, na modalidade ilustrada, TiB2 314, NbC 316, austenita 318, ferrita 320, (Fe,Cr)-(C,B)-1 322, (Fe,Cr)-(C,B)-2 324, Mo3B2 326 e (Fe,Cr)23(C,B)6 328.

[0048] Em algumas modalidades, um método de configuração de uma liga inclui extrair dos diagramas de fase quantidades termodinâmicas correspondentes a cada uma da pluralidade de ligas, em que as quantidades termodinâmicas compreendem quantidades numéricas que correspondem às propriedades das ligas. Em algumas modalidades, as quantidades termodinâmicas compreendem quantidades numéricas individuais. Em outras modalidades, as quantidades termodinâmicas compreendem quantidades derivadas das quantidades numéricas individuais usando um algoritmo.

[0049] Ainda em relação à figura 3, em algumas modalidades, a extração das quantidades termodinâmicas compreende extrair uma temperatura de solidificação de pelo menos uma fase termodinamicamente estável. Por exemplo, na figura 3, as temperaturas de solidificação de fase termodinamicamente estável incluem uma temperatura de solidificação 330 de um carboneto primário, que pode incluir NbC, e temperaturas de solidificação 332 de carbonetos de limite de granulação, que podem incluir (Fe,Cr)-(C,B)-1, (Fe,Cr)-(C,B)-2 e (Fe,Cr)23(C,B)6.

[0050] Ainda em relação à figura 3, em algumas modalidades, a extração das quantidades termodinâmicas compreende extrair uma temperatura de transição de fase de uma primeira fase para uma segunda fase. Por exemplo, na figura 3, a extração das quantidades termodinâmicas inclui extrair uma temperatura de transição de fase 334 correspondente a uma temperatura de transição de fase de uma fase de austenita para uma fase de ferrita. Embora a temperatura de transição de fase 334, neste exemplo, se refira a uma temperatura na qual frações molares percentuais de fases de austenita e de ferrita são praticamente iguais, a temperatura de transição de fase pode ser extraída em qualquer local a partir de uma região sobreposta entre as curvas de fração molar da fase de austenita 318 e de ferrita 320, em que uma primeira taxa de mudança de fração molar da fase de ferrita 320 em função da temperatura é negativa e uma segunda taxa de mudança de fração molar da fase de austenita 318 em função da temperatura é positiva. Uma taxa de mudança pode ser representada, por exemplo, por dc/dT, em que dc é uma mudança em percentual da fração molar de uma fase e dT é uma mudança na temperatura correspondente à mudança no percentual de fração molar da fase.

[0051] Ainda em relação à figura 3, em algumas modalidades, a extração das quantidades termodinâmicas compreende extrair uma fração molar de equilíbrio de pelo menos uma fase termodinamicamente estável em uma temperatura especificada. Por exemplo, na figura 3, frações molares de equilíbrio 336 podem incluir frações molares de equilíbrio entre uma primeira temperatura e uma segunda temperatura (cerca de 0 °C e 100 °C na modalidade ilustrada) do líquido 312, TiB2 314, NbC 316, austenita 318, ferrita 320, (Fe,Cr)-(C,B)-1 322, (Fe,Cr)-(C,B)-2 324, Mo3B2 326 e (Fe,Cr)23(C,B)6 328.

[0052] Ainda em relação à figura 3, em algumas modalidades, a extração das quantidades termodinâmicas compreende extrair uma temperatura de fusão, em que a extração da temperatura de fusão inclui extrair uma temperatura na qual uma primeira taxa de mudança de fração molar de pelo menos uma fase termodinamicamente estável é negativa e uma segunda taxa de mudança de fração molar de uma fase líquida em função da temperatura é positiva. Por exemplo, embora, na figura 3, a temperatura de fusão 338 corresponda a uma temperatura na qual as frações molares percentuais das fases líquida e de austenita 312 e 318 são praticamente iguais, a temperatura de fusão pode ser extraída em qualquer local em uma região sobreposta entre as curvas de fração molar da fase líquida 312 e qualquer outra fase, em que uma primeira taxa de mudança de fração molar de pelo menos uma fase termodinamicamente estável é negativa e uma segunda taxa de mudança de fração molar da fase líquida 312 em função da temperatura é positiva.

[0053] Em algumas modalidades, o cálculo de diagramas de fase e a extração de quantidades termodinâmicas do diagrama de fase são executados iterativamente para cada uma da pluralidade de composições da liga.

[0054] Como um exemplo ilustrativo, as quantidades termodinâmicas extraídas podem incluir: 1) fração de fase de NbC em 100 °C, 2) temperatura de solidificação de NbC, 3) temperatura de solidificação de (Fe,Cr)-(C,B)-1, 4) temperatura de solidificação de (Fe,Cr)-(C,B)-2, 5) fração de fase de (Fe,Cr)-(C,B)-1 em 100 °C e 6) fração de fase de (Fe,Cr)- (C,B)-2 em 100 °C. As quantidades termodinâmicas podem ser iterativamente extraídas para o sistema de liga 1 em que a concentração de B é variada de 0,5 até 2,0 por cento em etapas de 0,5 por cento, para um total de seis ligas, e Ti é variado de 1 a 5 por cento em etapas de 0,5 por cento, como um exemplo.

[0055] Em algumas modalidades, o método para selecionar uma composição da liga inclui armazenar pelo menos um subconjunto das quantidades numéricas extraídas, da forma supradescrita em uma base de dados eletrônica. As quantidades numéricas que são armazenadas representam um conjunto integrado de quantidades numéricas que são predeterminadas para ter uma correlação com certas propriedades microestruturais. Por exemplo, as quantidades numéricas podem ser correlacionadas com a presença de matrizes e precipitados com fases específicas do sistema de liga. As propriedades microestruturais podem, por sua vez, ser correlacionadas com certas propriedades do material final, tais como rigidez, tenacidade à fratura, permeabilidade magnética, etc.

[0056] O meio de armazenamento pode incluir qualquer meio de armazenamento adequado configurado para armazenar informação com ou sem energia suprida para o meio, incluindo um meio de memória volátil, tais como uma DRAM e uma SRAM, e/ou um meio não volátil, tais como uma memória flash ou uma unidade de disco. Em algumas modalidades, o meio de armazenamento inclui um meio de armazenamento removível, tais como um disco rígido removível ou uma unidade flash removível.

[0057] Será percebido que, embora seja possível usar técnicas, tal como o método CALPHAD, para calcular um diagrama de fase, uma determinação de quais da massiva quantidade de informação contida no diagrama de fase são relevantes na determinação de propriedades do material final é possível. Por exemplo, embora o diagrama de fase calculado na figura 3 exposta mostre uma alta fração de alta temperatura que forma fase NbC e nenhuma fase (Fe,Cr)-(C,B), que forma acima da temperatura de transição de austenita para ferrita, a predeterminação destas quantidades como elas refere-se a certas propriedades microestruturais e de material toma um entendimento de metalurgia física experimental e teórica.

[0058] Será percebido que a extração das quantidades termodinâmicas da forma supradescrita pode tomar uma proibitiva quantidade de tempo e recurso de cálculo sem usar o método aqui descrito. Por exemplo, uma única curva de fração molar de cada fase estável na figura 3 compreende pelo menos 30 pontos de dados individuais. Sem usar um computador, será necessário que versados na técnica usem uma calculadora, por exemplo, pelo menos diversos minutos em cada ponto de dados. Para uma liga com diversas fases, tal como na figura 3, o cálculo das curvas de fração molar para todas as fases estáveis pode tomar pelo menos diversas horas. A fim de calcular um sistema de ligas com diversas até diversas dezenas de composições, a extração das quantidades termodinâmicas pode tomar dias até semanas, se não mais. Usando os métodos aqui descritos, cálculos similares para um sistema de liga com diversas até diversas dezenas de composições podem ser completados em diversos minutos até diversas horas. Em algumas modalidades, mais de 1.000 composições da liga podem ser calculadas em cerca de dois dias.

[0059] O armazenamento integrado de quantidades numéricas predeterminadas da forma supradescrita habilita uma rápida recuperação de informação relevante para uma análise de alto rendimento. Uma típica análise usando o presente método pode ser realizada > 1.000 vezes mais rápido do que métodos convencionais, tais como métodos CALPHAD. Isto é em virtude de métodos convencionais utilizarem grandes bases de dados termodinâmicas, que utilizam fórmulas computacionalmente onerosas para gerar massivas quantidades de informação de termodinâmica. Ao contrário, a base de dados eletrônica criada no presente método é simplesmente uma série de números vinculados à composição da liga, que podem ser referenciados, classificados e usados para desenho da liga em tempos muito curtos.

[0060] Um conjunto de exemplo de quantidades numéricas armazenadas é mostrado na TABELA 1 que pode ser gerada pelo sistema de computação. Da forma notada anteriormente, será percebido que, embora os valores abaixo possam ser inerentemente contidos em um diagrama de fase, é necessário que um metalurgista habilitado execute uma série de experimentos físicos (fabricação da liga, metalografia, medição da propriedade) para ter predeterminado que as quantidades numéricas têm uma correlação com certas propriedades de material, tal como uma microestrutura desejada, que são, por sua vez, correlacionadas com uma propriedade do material final.

[0061] Em algumas modalidades, o método de configuração de uma liga inclui explorar eletronicamente a base de dados eletrônica com um processador para classificar as ligas com base em uma comparação das quantidades numéricas para diferentes composições da liga. Em algumas modalidades, as quantidades numéricas usadas para classificar as ligas podem ser com base em um subconjunto de quantidades termodinâmicas que são extraídas, como exposto. O processo de exploração compreende referenciar as quantidades termodinâmicas específicas que foram predeterminadas como correlacionadas com úteis propriedades microestruturais e de material, como exposto.

[0062] O conceito de exploração descrito é um conceito do desenho da liga, que é separado e exclusivo da utilização de um computador para executar cálculos de termodinâmica individualmente. Em técnicas CALPHAD convencionais, o diagrama de fase é diretamente referenciado pelo metalurgista para entender o comportamento da liga. Nesta invenção, o diagrama de fase não é referenciado pelo metalurgista, em vez disto, o usuário referencia diretamente os dados de termodinâmica explorados para desenho da liga. Esta diferença é exclusiva e permite que versados na técnica avaliem o comportamento de muitas ligas simultaneamente e permite que versados na técnica realizem desenho da liga.

[0063] Em algumas modalidades, explorar eletronicamente compreende classificar as ligas com base em um subconjunto das quantidades numéricas armazenadas na base de dados eletrônica. Por exemplo, novamente em relação à TABELA 1, embora todas as quantidades numéricas na TABELA 1 possam ser armazenadas em um meio de armazenamento, um subconjunto das quantidades numéricas armazenadas pode ser usado para classificação das ligas. Por exemplo, o subconjunto pode incluir quantidades numéricas de Fase % NbC, mas excluir um ou mais de temperatura de solidificação NbC (T de solidificação de NbC), temperatura de solidificação da Austenita (T de solidificação da Austenita), temperatura de transição de FCC para BCC (T FCC para BCC) e temperatura de solidificação de (Fe,Cr)-(C,B) (T de solidificação de (Fe,Cr)-(C,B)).

[0064] Em algumas modalidades, explorar eletronicamente compreende classificar as ligas com base em uma comparação de temperaturas de solidificação de pelo menos duas fases termodinamicamente estáveis. Por exemplo, novamente em relação à figura 3, ligas podem ser classificadas com base em uma comparação entre uma temperatura de solidificação 330 de um carboneto primário (por exemplo, NbC) e uma solidificação da austenita 318.

[0065] Em algumas modalidades, explorar eletronicamente compreende classificar as ligas com base em uma comparação de uma temperatura de transição de fase de uma primeira fase para uma segunda fase com uma temperatura de solidificação de uma terceira fase. Por exemplo, novamente em relação à figura 3, ligas podem ser classificadas com base em uma comparação entre a temperatura de transição de fase 334 correspondente a uma temperatura de transição de fase de uma fase de austenita para uma fase de ferrita, e temperatura de solidificação 332 de carbonetos do limite de granulação (por exemplo, (Fe,Cr)-(C,B)-1 322, (Fe,Cr)-(C,B)-2 324 e (Fe,Cr)23(C,B)6 328.

[0066] A figura 4 é um fluxograma que ilustra um método de exploração eletrônica como parte da seleção de uma composição de uma liga com uma propriedade alvo de acordo com uma modalidade. O processo de exploração 450 inclui um processo 452 de começar a avaliar uma liga. O processo 452 pode incluir recuperar, por exemplo, um conjunto de quantidades numéricas armazenadas de uma composição da liga, da forma supradescrita em relação à TABELA 1.

[0067] O processo de exploração 450 inclui adicionalmente determinar, em um processo 454, se uma temperatura de solidificação de uma primeira fase, por exemplo, uma fase NbC, é maior do que uma temperatura de solidificação de uma segunda fase, por exemplo, uma fase FCC.

[0068] Uma vez que a temperatura de solidificação da fase NbC for descoberta como maior do que a temperatura de solidificação da fase FCC, o processo de exploração prossegue para determinar, em um processo 456, se a temperatura de transição de fase do FCC para uma terceira fase, por exemplo, uma fase BCC é maior do que uma temperatura de solidificação de uma quarta fase, por exemplo, uma fase (Fe,Cr)-(C.B).

[0069] Por outro lado, se a temperatura de solidificação da fase NbC for descoberta como menor do que ou igual à temperatura de solidificação da fase FCC no processo 456, o processo de exploração prossegue para determinar em um processo 458 se há ligas adicionais restantes na base de dados.

[0070] Uma vez que a temperatura de transição de fase da fase FCC para a fase BCC for determinada como maior do que uma temperatura de solidificação da fase (Fe,Cr)-(C.B) no processo 456, o processo de exploração de dados 450 prossegue para um processo 460 em que uma unidade de medida para a liga é gravada em função de porcentual molar da fase NbC. A unidade de medida, por exemplo, pode ser pelo menos uma da temperatura de solidificação NbC, da temperatura de solidificação de FCC, da temperatura de transição de fase da fase FCC para a fase BCC, e da temperatura de solidificação da fase (Fe,Cr)-(C.B).

[0071] Por outro lado, se a temperatura de transição de fase da fase FCC para a fase BCC for determinada como não maior do que uma temperatura de solidificação da fase (Fe,Cr)-(C.B) no processo 456, o processo de exploração 450 prossegue para determinar em um processo 58 se há ligas adicionais restantes na base de dados.

[0072] No processo 458, se for determinado que ligas adicionais permanecem na base de dados para serem avaliadas, o processo de exploração 450 inicia um outro processo 452 de começar a avaliar uma liga adicional. Por outro lado, no processo 458, se for determinado que nenhuma liga adicional permanece na base de dados, o processo de exploração 450 ranqueia as ligas avaliadas de acordo com a unidade de medida.

[0073] No exposto, o método para configuração de uma liga foi descrito no contexto de cálculo de diagramas de fase de equilíbrio como um ponto de partida e obtenção das quantidades termodinâmicas a partir das mesmas. Entretanto, as modalidades aqui descritas podem se aplicar no cálculo de outros cálculos, incluindo: cálculos de forças de acionamento de elementos químicos, simulações de deposição de CVD/PVD, cálculos de CVM de fenômeno de ordenamento / desordenamento, simulações de solidificação de Scheil-Gulliver, projeções de superfície de líquido e sólido, diagramas de Pourbaix, diagramas de Ellingham, coeficientes de partição e pressões de gás parciais, entre outros cálculos.

[0074] As figuras 5A e 5B ilustram, a título de exemplo e sem perda de generalidade, a correlação das quantidades termodinâmicas extraídas de um material com microestruturas associadas a uma propriedade física alvo do material. A figura 5A é um gráfico de barras de comparação 500 que compara quantidades termodinâmicas extraídas (frações molares de fase calculadas) 504, 512, 520, 528 de um material e quantidades termodinâmicas medidas (frações molares de fase medidas provenientes de um lingote) 508, 516, 524 e 532 que são correlacionadas com microestruturas associadas a uma propriedade física do material. A figura 5B é uma micrografia eletrônica de escaneamento (SEM) 540 que mostra as microestruturas do material associadas à propriedade física do material que foi usado para obter as quantidades termodinâmicas medidas na figura 5A. O gráfico de barras de comparação 500 é aquele de uma liga em particular FeB1,4C0,8Cr5Mo1Nb4Ti0,5V0,5, e compara as frações molares de fase calculadas 504, 512, 520 e 528 de ferrita, austenita, um carboneto secundário e um carboneto primário, respectivamente, com respectivas frações molares de fase medidas 508, 516, 524 e 532 de ferrita, austenita, um carboneto secundário e um carboneto primário, respectivamente. As frações molares de fase para o exemplo ilustrado foram obtidas pela análise da micrografia SEM 540 da figura 5B. Regiões microestruturais 550 e 560 da micrografia SEM 540 correspondem às fases primária e secundária, no exemplo ilustrado. Será percebido que as quantidades calculadas e medidas da fração molar de fase não são as mesmas, e um relacionamento de deslocamento pode ser um fator que é levado em consideração em um estágio de exploração posterior. No exemplo ilustrado, os inventores determinaram que as propriedades alvos de alta resistência a craqueamento e alta resistência ao desgaste simultâneas são correlacionadas com as frações molares de fase medidas 524 e 532 do carboneto secundário e do carboneto primário, respectivamente. Além do mais, os locais microestruturais destas fases também foram determinados como correlacionados com as propriedades alvos. Com base neste conhecimento microestrutural das correlações entre as quantidades termodinâmicas e as microestruturas associadas às propriedades físicas, os dados de fase termodinâmica extraídos podem ser posteriormente explorados para as propriedades físicas específicas. Estas vantagens são descritas com mais detalhes em relação ao EXEMPLO 2, descrito a seguir.

[0075] A figura 6A é um gráfico 600 que ilustra um exemplo do processo de exploração de dados eletrônicos que envolve quantidades termodinâmicas extraídas 604 de 15.000 ligas, de acordo com uma modalidade. O eixo geométrico y representa uma primeira quantidade termodinâmica associada a um nível do conteúdo de Cr na fase de austenita, e o eixo geométrico x representa uma segunda quantidade termodinâmica associada a um nível de conteúdo de carboneto secundário. Com base em uma correlação entre as quantidades termodinâmicas e microestruturas associadas a uma propriedade alvo de uma maneira similar, da forma supradescrita em relação às figuras 5A e 5B, a base de dados que contém as quantidades termodinâmicas extraídas pode ser explorada em relação a uma combinação específica de primeira e segunda quantidades termodinâmicas. Descrição adicional deste processo é provida a seguir em relação ao EXEMPLO 3.

[0076] A figura 6B é um gráfico 620 que ilustra um outro exemplo do processo de exploração de dados eletrônicos que envolve quantidades termodinâmicas extraídas 624a-624k de 15.000 ligas de acordo com uma modalidade. O eixo geométrico x representa uma primeira quantidade termodinâmica associada a uma transição de fase FCC - BCC, e o eixo geométrico y representa uma segunda quantidade termodinâmica associada a um nível de conteúdo de carboneto primário. Com base em uma correlação entre as quantidades termodinâmicas e microestruturas associadas a uma propriedade alvo, de uma maneira similar, da forma supradescrita em relação às figuras 5A e 5B, a base de dados que contém as quantidades termodinâmicas extraídas pode ser explorada em relação a uma combinação específica de primeira e segunda quantidades termodinâmicas. Descrição adicional deste processo é provida a seguir em relação ao EXEMPLO 3.

[0077] Será percebido que os resultados tanto da figura 6A quanto da figura 6B podem ser obtidos depois do processo de extração sem extração de quantidades termodinâmicas adicionais e sem cálculo adicional de dados de fase. Isto é, um único processo de extração de dados pode ser suficiente para múltiplos processos de exploração para determinar composições de material para uma variedade de diferentes propriedades alvos, que podem ser integralmente independentes uns dos outros.

[0078] Da forma discutida anteriormente, o método de configuração de uma liga de acordo com modalidades aqui expostas é mais bem implementado usando um sistema eletronicamente implementado que inclui um processador que compreende o sistema de circuitos lógico. As figuras 7-10 ilustram modalidades de algoritmos que podem ser executados no sistema.

[0079] As figuras 7-10 ilustram um método para configuração de um material, por exemplo, uma liga, que tem uma propriedade alvo, que inclui calcular diagramas de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico (figura 7), extrair dos diagramas de fase quantidades termodinâmicas numéricas correspondentes a cada um da pluralidade de materiais, em que a extração é com base em um conjunto de critérios de avaliação termodinâmica predeterminados (figura 8) e explorar eletronicamente as quantidades numéricas armazenadas com um processador para classificar os materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades numéricas para cada material com um critério de desenho de material correspondente à propriedade alvo (figura 9).

[0080] A figura 7 é um fluxograma que ilustra um algoritmo de cálculo do diagrama de fase 100 para configuração de uma liga de acordo com uma modalidade, incluindo cálculo dos diagramas de fase termodinâmica para uma pluralidade de ligas usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico. Em algumas modalidades, o algoritmo representado na figura 7 pode ser implementado como um algoritmo independente. Em outras modalidades, o algoritmo 700 pode ser implementado como uma sub-rotina, isto é, como parte de um algoritmo maior.

[0081] Na modalidade ilustrada da figura 7, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 inclui vários processos incluindo, no início, um processo 704 para selecionar elementos e especificar a composição e/ou faixas de temperatura e tamanhos de etapa. Por exemplo, se carbono for especificado como um elemento, uma faixa de composição de Min = 0 % até Max = 1 %, a ser calculada em graus de incrementos de 0,1 %, pode ser especificada no processo 704. Além do mais, uma faixa de temperatura de 300 K até 2.000 K, por exemplo, a ser calculada em graus de incrementos de 50 K, pode ser especificada no processo 704.

[0082] Ainda em relação à figura 7, o algoritmo de cálculo de fase 700 inclui adicionalmente um processo 708 para definir uma composição da liga. No processo 708, uma composição da liga na faixa de composição especificada no processo 704 pode ser definida para cálculo. Por exemplo, Feba1B1,3C0,8Cr5Mn1Mo1Nb4Si0,5Ti0,5V0,5 pode ser uma composição específica que pode ser definida no processo 708 para definir a composição da liga. O algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 inclui adicionalmente um processo 712 para definir uma temperatura na faixa de temperatura especificada no processo 704. Por exemplo, a primeira temperatura a ser calculada pode ser o valor de temperatura mínima na faixa de temperatura selecionada no processo 704.

[0083] Embora não mostrado por clareza, em algumas modalidades, parâmetros de termodinâmica adicionais podem ser definidos, além da temperatura no processo 712, por exemplo, para reduzir adicionalmente os graus de liberdade em zero. Da forma aqui usada, o grau de liberdade refere-se ao número de propriedades intensivas, tais como temperatura ou pressão, que são independentes de outras variáveis intensivas. O grau de liberdade pode ser expressado, por exemplo, pela regra da fase de Gibbs, que declara que F = C - P + 2, em que C é o número de componentes e P é o número de fases.

[0084] Ainda em relação à figura 7, o algoritmo de cálculo de fase 700 inclui adicionalmente calcular, em um processo 716, um parâmetro de equilíbrio de fase ou um conjunto de parâmetros de equilíbrio de fase, tais como, por exemplo, as frações molares das fases presentes na temperatura especificada no processo de definição de temperatura 712.

[0085] Ainda em relação à figura 7, mediante conclusão do cálculo do parâmetro de equilíbrio de fase no processo 716, o algoritmo de cálculo de fase 700 prossegue para um processo de decisão 720 para determinar se o último parâmetro de equilíbrio de fase calculado no processo 716 corresponde à última temperatura da completa faixa de temperatura selecionada no processo 704. Mediante determinação, no processo 720, que o cálculo no processo 716 não corresponde à última temperatura da faixa selecionada no processo 704, o algoritmo 700 incrementa a temperatura em um tamanho de etapa definido no processo 704. Por exemplo, a temperatura pode aumentar de 300 K para 350 K se o tamanho de etapa da temperatura for especificado como 50 K no processo 704. O algoritmo então, retorna em laço para o processo 712 para calcular o próximo conjunto de parâmetros de equilíbrio de fase, por exemplo, frações molares, no valor de temperatura novamente definido. O laço iterativo continua até que a completa faixa de temperatura definida no processo 704 tenha sido calculada.

[0086] Ainda em relação à figura 7, mediante determinação que a completa faixa de temperatura foi calculada no processo de decisão 720, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 prossegue para armazenar, em um processo 724, em um arquivo de dados de liga individual, os parâmetros de equilíbrio de fase calculados para a composição definida no processo 708, para a completa faixa de temperatura selecionada no processo 704. Os dados de liga armazenados podem ser em uma forma tabulada, por exemplo, que pode ser armazenada como múltiplas planilhas eletrônicas com informação de termodinâmica relevante para um desenho da liga. Por exemplo, a primeira planilha pode conter a fração molar de cada fase presente na liga em todas as temperaturas calculadas. Planilhas adicionais, por exemplo, podem conter informação, tal como a composição química de cada fase presente em todas as temperaturas calculadas.

[0087] Ainda em relação à figura 7, depois que o arquivo de dados de liga individual tiver sido armazenado no processo 724, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 prossegue para determinar, no processo de decisão 728, se a completa faixa da composição da liga especificada no processo 704 foi calculada. Mediante determinação que a completa faixa da composição da liga não foi calculada, o algoritmo 700 retorna em laço para o processo 708, em que uma nova composição da liga é definida e processos 708 até 724 são iterativamente repetidos até que uma determinação seja feita no processo de decisão 728 de que a completa faixa da composição da liga foi calculada. Em algumas modalidades, a composição de um elemento pode ser variada para cada laço do processo 708 até o processo 728. Em outras modalidades, composições de mais de um (por exemplo, dois ou três) elemento de liga podem ser variadas para cada laço. Por exemplo, depois que a completa faixa de temperatura para uma liga tiver sido calculada para um conteúdo de carbono de 1 % em peso, a próxima liga calculada pode ter um conteúdo de carbono de 1,5 % em peso para um tamanho de etapa especificado para ser 0,5 % em peso de carbono. A correspondente percentagem em peso do elemento solvente é, desse modo, reduzida em 0,5 % em peso, de maneira tal que a composição de mais de um elemento de liga seja variada para cada laço. Entretanto, o algoritmo pode ser desenhado para calcular variações de liga mais complexas, se desejado.

[0088] Ainda em relação à figura 7, depois que o último arquivo de dados de liga individual tiver sido armazenado no processo 724 e uma determinação for feita no processo de decisão 728 de que a completa faixa da composição da liga foi calculada, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase termina em um processo 732. Em um exemplo, mediante conclusão do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700, uma pasta de dados que compreende arquivos individuais para cada composição da liga calculada pode ser gerada e armazenada.

[0089] Será percebido que, em algumas modalidades, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 é automatizado de maneira tal que o algoritmo 700 seja configurado para tomar entrada humana apenas no processo 704 para selecionar elementos e especificar faixas de cálculo e tamanhos de etapa, de maneira tal que os subsequentes processos 708 - 732 possam ser realizados, e os resultados armazenados, automaticamente para a íntegra do conjunto de elementos durante a íntegra das faixas de cálculo especificadas no processo 704. Será adicionalmente percebido que a quantidade de dados obtida para um típico cálculo é praticamente proibitiva para calcular ou tratar sem um algoritmo, tal como o algoritmo 700 implementado em um sistema eletronicamente implementado que inclui um processador, da forma aqui descrita. A título de uma ilustração somente, uma liga com base em Fe que tem os seguintes elementos pode ser considerada: carbono (C), boro (B), titânio (Ti) e nióbio (Nb). Por exemplo, as composições para C e B podem ser selecionadas para ter uma faixa entre 0 e 1 % em peso, e o tamanho de etapa da composição pode ser definido em 0,1 % em peso. Adicionalmente, as composições para Nb e Ti podem ser selecionadas para ter uma faixa entre 0 e 10 % em peso, e o tamanho de etapa da composição pode ser definido em 1 % em peso. Adicionalmente, a temperatura pode ser selecionada para ter uma faixa entre 300 K e 2.000 K, e o tamanho de etapa pode ser definido em 50 K. Uma faixa como esta, que pode ser considerada relativamente grosseira por versados na técnica para configuração de ligas comerciais, já pode produzir uma quantidade proibitiva de dados para calcular e tratar sem um algoritmo implementado em um sistema eletrônico que inclui um microprocessador. Para ilustrar, cálculo neste exemplo irá envolver um conjunto de dados que inclui 11 x 11 x 11 x 11 = 14.641 diferentes composições da liga (isto é, 0 - 10 % em peso e 0 - 1 % em peso produzem 11 diferentes iterações com os dados tamanhos de etapa). Além do mais, para a faixa de temperatura especificada e considerando um valor razoável de 5 fases presentes em cada liga, cada liga irá conter 35 x 5 (dados de fração molar de fase) + 5 x 4 x 35 (dados da química da fase) = 875 pontos de dados por composição da liga. Em suma, a íntegra da sub-rotina terá armazenado 14.641 x 875 = 10.248.875 pontos de dados, armazenados em 14.641 arquivos de dados de liga individuais.

[0090] Extração de dados envolve a compilação de relevantes quantidades termodinâmicas a partir de um diagrama de fase. A seleção desta quantidade termodinâmica deve ser executada por versados na técnica da metalurgia, com base em medições experimentais, com os propósitos de previsão da microestrutura e desempenho de ligas calculadas. As quantidades termodinâmicas extraídas a partir do diagrama de fase não estão obviamente presentes ou aparentes no próprio diagrama de fase. Uma rotina de cálculo adicional deve ser gravada e executada para cada quantidade termodinâmica exclusiva de interesse.

[0091] Em um exemplo, a fração de fase é uma quantidade termodinâmica desejada. À medida que a fração de fase de cada fase em um diagrama de fase muda e fica, desse modo, em função da temperatura, além de outras variáveis, um metalurgista habilitado deve executar teste experimental a fim de determinar como controlar estas variáveis a fim de extrair a apropriada fração de fase como uma quantidade numérica para desenho da liga. Neste e em outros exemplos, um algoritmo separado deve ser gravado para extrair as apropriadas quantidades termodinâmicas.

[0092] Em outros exemplos, as quantidades termodinâmicas, que são extraídas, não estão presentes no diagrama de fase, mas, em vez disto, são expressões matemáticas da informação calculadas da informação no diagrama de fase. Similarmente, uma rotina de cálculo exclusiva deve ser gravada e executada para calcular e armazenar uma peça de informação numérica, que não está presente no diagrama de fase original.

[0093] O exemplo exposto ilustra que a rotina de extração e os algoritmos exclusivos exigidos para gerar as quantidades termodinâmicas não são um mero rearranjo da informação presente no diagrama de fase original, em vez disto, ele compreende a geração de novas quantidades termodinâmicas que têm benefício adicional, além do diagrama de fase somente em termos de execução do desenho da liga.

[0094] A etapa de extração gera uma nova base de dados que vincula cada liga em cada um dos critérios termodinâmicos. Esta base de dados irá agir como a entrada para os algoritmos de exploração de dados, que é o estágio real do desenho da liga.

[0095] A partir da relativamente vasta quantidade de dados, a seguir, a extração de um subconjunto de quantidades termodinâmicas é descrita. A figura 8 é um fluxograma que ilustra um algoritmo de extração de dados 800 para configuração de uma liga de acordo com uma modalidade, incluindo extrair dos diagramas de fase quantidades termodinâmicas numéricas correspondentes a cada um da pluralidade de materiais, em que a extração é com base em um conjunto de critérios de avaliação termodinâmica predeterminados, usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico. Em algumas modalidades, o algoritmo 800 representado na figura 8 pode ser implementado como um algoritmo independente. Em outras modalidades, o algoritmo 800 pode ser implementado como uma sub-rotina, isto é, como parte de um algoritmo maior.

[0096] Ainda em relação à figura 8, em algumas modalidades, o algoritmo de extração de dados 800 pode ser configurado para tomar como entrada o arquivo de dados de liga individuais criado em decorrência da implementação do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 800 da figura 8. O algoritmo 800 inclui vários processos, incluindo seleção de ligas e critérios de avaliação no processo 804 no início. Em algumas modalidades, o processo 804 pode ser realizado manualmente, e pode representar o único processo manual entre os processos incluídos no algoritmo 800. O processo 804 inclui selecionar uma ou mais ligas, por exemplo, uma ou mais ligas calculadas no algoritmo de cálculo do diagrama de fase 800 da figura 8. Além do mais, o processo 804 inclui especificar um ou mais critérios de avaliação, que podem ser critérios termodinâmicos pelos quais as uma ou mais ligas devem ser avaliadas. A título de exemplo, novamente em relação ao exemplo ilustrado na TABELA 1, os cinco diferentes critérios, incluindo fase % de NbC, temperatura de solidificação NbC, temperatura de solidificação da Austenita, temperatura de transição de FCC para BCC, e temperatura de solidificação de (Fe,Cr)-(C,B), mostrados na TABELA 1 pode representar os critérios termodinâmicos selecionados no processo 804.

[0097] Ainda em relação à figura 8, uma vez que as ligas e os critérios de avaliação forem selecionados no processo 804, o algoritmo 800 prossegue para abrir, em um processo 808, um arquivo de dados individual correspondente a uma das ligas individuais selecionadas no processo 804. Novamente, em relação ao exemplo de liga com base em Fe discutido em conexão com a figura 8 a título de ilustração, o arquivo de dados individual a ser aberto no processo 808 pode ser um dos 14.641 arquivos de dados de liga individuais calculados como na execução do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 na figura 7.

[0098] Ainda em relação à figura 8, depois da abertura do arquivo de dados individual correspondente a uma das ligas individuais selecionadas no processo 808, o algoritmo 800 prossegue para realizar um cálculo de análise em um processo 812 no arquivo de dados individual para a liga para avaliar o arquivo de dados em relação aos critérios de avaliação (por exemplo, critérios termodinâmicos) selecionados no processo 804. Novamente em relação ao exemplo da TABELA 1, o algoritmo pode, por exemplo, escanear os pontos de dados no arquivo de liga individual para determinar parâmetros correspondentes a cada um dos cinco critérios termodinâmicos. O resultado de cada cálculo de análise pode representar a TABELA 1, por exemplo.

[0099] Ainda em relação à figura 8, depois de cada desempenho no processo 812 de realização do cálculo de análise, uma determinação é feita em um processo de decisão 816 para determinar se todos os critérios de avaliação foram avaliados para o arquivo de dados individual. Mediante determinação que há critérios de avaliação restantes a serem analisados no arquivo de dados, o algoritmo 800 retorna em laço para o processo 812 para realizar cálculos de análise adicionais no arquivo de dados iterativamente até que todos os critérios de avaliação selecionados no processo 804 tenham sido avaliados no arquivo de dados. Novamente em relação à TABELA 1 a título de um exemplo, o laço de processo entre processos 812 e 816 continua até que todos os cinco critérios termodinâmicos listados na primeira linha da TABELA 1 tenham sido calculados para a liga representada por uma das linhas.

[00100] Ainda em relação à figura 8, uma vez que todos os critérios de avaliação foram determinados como avaliados no processo de decisão 816, o algoritmo 800 prossegue para armazenar os resultados do cálculo em um arquivo eletrônico tabulado separado em um processo 820. Em um exemplo, isto pode ser na forma de um arquivo de planilha eletrônica. Novamente em relação ao exemplo da TABELA 1, o arquivo eletrônico tabulado pode ser em um formato similar à TABELA 1.

[00101] Uma vez que os resultados dos cálculos de análise para uma liga individual foram tabulados e armazenados no processo 820, o algoritmo 800 prossegue para um processo de decisão de 824 para determinar se todas as ligas selecionadas no processo 804 foram avaliadas e seus correspondentes dados armazenados. Mediante determinação que há ligas restantes a serem avaliadas, o algoritmo 800 retorna em laço para o processo 808 para abrir um outro arquivo de dados de liga individual e realizar o laço de processo de 808 até 820 continuando até que todas as ligas selecionadas no processo 804 tenham sido avaliadas, em cujo ponto o algoritmo 800 prossegue para o processo 828 para terminar o algoritmo de extração de dados 800.

[00102] Mediante conclusão do algoritmo de extração de dados 800, um conjunto de dados integrado extraído do conjunto de dados inicialmente muito maior resultante do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 pode ser obtido e armazenado em um único arquivo de armazenamento de dados integrado, tal como, por exemplo, um arquivo de planilha eletrônica similar em formato à TABELA 1.

[00103] Será percebido que, mediante conclusão do algoritmo de extração de dados 800, a complexa informação contida em um diagrama de fase foi simplificada em um conjunto de quantidades numéricas discretas que podem ser adicionalmente interpretadas e avaliadas usando métodos computacionais. Por exemplo, novamente em relação ao prévio exemplo discutido em conexão com a figura 7 em que 14.641 ligas foram calculadas, a implementação do algoritmo de extração de dados 800 em tal conjunto de dados integra vastas quantidades de informação de termodinâmica contidas em 14.641 arquivos individuais para extrair uma única planilha eletrônica que sumariza as composições da liga em relação a critérios de avaliação chaves. Será adicionalmente percebido que, embora o cálculo de todas as 14.641 ligas possa tomar até duas semanas usando um computador continuamente em execução, a etapa de armazenamento de dados da mesma quantidade de ligas pode tomar apenas diversas horas. A informação quantificada contida nesta planilha pode, então, ser facilmente gerenciada por um algoritmo de exploração de dados, descrito a seguir.

[00104] O método de exploração é uma rotina independente do método de extração. Por exemplo, depois que uma ou mais ligas foram calculadas e esta liga definida foi executada através da rotina de extração, múltiplas rotinas de exploração podem ser executadas usando os dados extraídos sem repetir as etapas de cálculo ou de extração novamente. Novamente, isto marca uma clara distinção entre o uso de um computador para executar o processo CALPHAD. Neste método convencional, o computador é usado para calcular diagramas de fase, que um metalurgista pode usar para desenho da liga. Etapas de desenho da liga adicionais usando CALPHAD com base em computador novamente exigem cálculos e/ou avaliações adicionais de um diagrama de fase. Nesta invenção, diagramas de fase não precisam ser calculados novamente para múltiplos esforços de desenho e o metalurgista não faz interface com os diagramas de fase diretamente para executar desenho da liga. Em vez disto, ele pode continuamente explorar a base de dados de quantidades termodinâmicas recentemente desenvolvida para desenhar ligas. Nesta invenção, o usuário pode utilizar as vantagens da abordagem com base em computador, mas não exige cálculos adicionais ou interface com nenhum diagrama de fase para cada conceito do desenho da liga exclusivo.

[00105] As etapas de exploração de dados habilitam uma outra diferença fundamental entre tradicionais métodos CALPHAD e CALPHAD auxiliado por computador, em que habilitam o desenho da liga sem o uso de um gráfico, representação gráfica, diagrama ou qualquer exibição de informação de termodinâmica de acordo com a qual versados na técnica de metalurgia devem interpretar. O estágio de exploração de dados executa desenho da liga através de avaliação puramente numérica e algorítmica. Este método é benéfico por diversos motivos, 1) ele é puramente objetivo, nenhum conhecimento inerente de comportamento da liga é exigido para desenho, 2) alguém não versado na técnica de metalurgia pode executar desenho da liga com base em uma série de etapas de ordenamento e classificação.

[00106] Por exemplo, a etapa de extração pode criar uma base de dados de 100 vínculos de ligas a 20 variáveis termodinâmicas exclusivas. Em nenhum estágio é necessária a representação gráfica da informação de termodinâmica em um formato visual ou gráfico a fim de executar desenho da liga. Em vez disto, os parâmetros de termodinâmica ou um subconjunto destes parâmetros de termodinâmica podem ser usados para classificar e ranquear as ligas com os propósitos de desenho.

[00107] A figura 9 é um fluxograma que ilustra um algoritmo de exploração de dados 900 para configuração de uma liga de acordo com uma modalidade, incluindo explorar eletronicamente as quantidades numéricas armazenadas com um processador para classificar os materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades numéricas para cada material com critérios de desenho de material correspondentes à propriedade alvo. O algoritmo de exploração de dados 900 pode ser implementado usando um processador que compreende o sistema de circuitos lógico. Em algumas modalidades, o algoritmo representado na figura 9 pode ser implementado como um algoritmo independente. Em outras modalidades, o algoritmo 900 pode ser uma sub- rotina, isto é, parte de um algoritmo maior.

[00108] Em relação à figura 9, em algumas modalidades, o algoritmo de exploração de dados 900 pode ser configurado para tomar como entrada os dados armazenados resultantes do algoritmo de extração de dados 800 da figura 8. Na figura 9, o algoritmo de exploração de dados 900 é iniciado pela seleção de um conjunto de resultados de análise a ser explorado em um processo 904. Por exemplo, o conjunto de dados integrado extraídos usando o algoritmo de extração de dados 800 pode ser selecionado no processo 904. Depois que o conjunto de resultados de análise for selecionado no processo 904, arquivos de dados de análise correspondentes ao conjunto selecionado de resultados de análise são abertos em um processo 908.

[00109] Ainda em relação à figura 9, depois da abertura do conjunto selecionado de resultados de análise no processo 908, o algoritmo de exploração de dados 900 prossegue para um processo 912 para definir um conjunto de critérios de desenho a ser aplicado no conjunto de resultados de análise selecionados no processo 904. O conjunto de critérios de desenho pode incluir, em algumas modalidades, uma pluralidade de critérios termodinâmicos. Por exemplo, em relação ao exemplo da TABELA 1, o conjunto de critérios de desenho pode incluir os parâmetros de equilíbrio de fase (por exemplo, percentual em peso de NbC) na primeira linha que estão em valores alvos predeterminados. Em outras modalidades, o conjunto de critérios de desenho também pode incluir critérios econômicos, tal como um custo por peso unitário da composição da liga representada pelo resultado de análise.

[00110] Ainda em relação à figura 9, o conjunto de critérios de desenho é, então, aplicado em um processo 316 para criar um subconjunto de resultados de análise que representa um subconjunto do conjunto original de resultados de análise de dados selecionados no processo 904. Em algumas implementações, no processo 916, resultados de análise correspondentes às ligas que não satisfazem os critérios de desenho podem ser removidos (isto é, eletronicamente deletados) dos resultados de análise selecionados no processo 904 de maneira tal que as ligas removidas não sejam mais analisadas em subsequentes processos do algoritmo de exploração de dados 900. Em outras implementações, pelo menos alguns resultados de análise correspondentes a composições da liga que não satisfazem os critérios de desenho não são removidos / deletados, de maneira tal que eles permaneçam no subconjunto de resultados de análise.

[00111] Ainda em relação à figura 9, o algoritmo de exploração de dados 900 inclui adicionalmente um processo 920 para definir um conjunto de critérios de classificação a serem aplicados no subconjunto de resultados de análise criado no processo 912. Os critérios de classificação podem ser, por exemplo, um conjunto de critérios que pode ser ponderado para gerar um escore geral com base na importância relativa de cada um dos critérios. Com base nos critérios de classificação definidos no processo 920, um subconjunto classificado de resultados de análise pode ser gerado em um processo 924, cujos resultados podem ser impressos (eletronicamente em um visor ou um arquivo de dados ou fisicamente em papel) em um processo 928. Um exemplo de uma impressão pode incluir o subconjunto classificado impresso dos resultados de análise em uma forma de uma planilha eletrônica cujas linhas são ordenadas na ordem de escore decrescente com base nos critérios ponderados. Um outro exemplo de uma impressão pode adicionalmente ranquear as colunas na ordem do peso de cada um dos critérios de classificação. Por exemplo, a primeira linha da planilha eletrônica pode listar a mais alta liga classificada com o mais alto escore geral com base nos critérios de classificação ponderados e a primeira coluna pode representar os critérios de classificação com a mais alta importância relativa. Uma vez que a impressão for gerada, o algoritmo de exploração de dados termina em um processo 932.

[00112] Em algumas modalidades, o algoritmo de exploração de dados 900 pode ser configurado para ser relativamente aberto de maneira tal que ele possa tomar entrada adicional em vários processos do algoritmo 900, além do processo 904 para selecionar o conjunto de resultados de análise. Nestas modalidades, um usuário pode criar novas sub-rotinas e imitar versados na técnica treinados na técnica de metalurgia que avaliam uma série de diagramas de fase individuais para desenho da liga. Uma técnica como esta não é apenas útil na configuração de ligas em sistemas complexos, mas também pode ser útil no entendimento e na determinação de relacionamentos entre critérios termodinâmicos e real desempenho da liga.

[00113] Será percebido que a quantidade de dados obtida para um típico cálculo é proibitiva para calcular e tratar sem empregar o algoritmo de exploração de dados 900 implementado em um sistema eletronicamente implementado que inclui um processador, da forma aqui descrita. Isto pode ser ilustrado usando o exemplo apresentado anteriormente em conexão com o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 (figura 7) em que 14.641 ligas foram calculadas e armazenadas como arquivos de dados individuais, cujos arquivos foram adicionalmente avaliados usando o algoritmo de extração de dados 800 (figura 8) para produzir uma única planilha eletrônica. Neste exemplo, a sub-rotina de exploração de dados abre e avalia uma única planilha eletrônica que contém 14.641 x 5 (5 diferentes critérios termodinâmicos) = 73.205 pontos de dados. O método computadorizado aqui descrito pode abrir a única planilha eletrônica com 73.205 pontos de dados e realizar o algoritmo de exploração de dados 900 de forma praticamente instantânea, enquanto que, sem um método como este, os processos podem tomar horas até dias.

[00114] Será entendido que a computação geral que inclui execuções do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 (figura 7), do algoritmo de extração de dados 800 (figura 8) e do algoritmo de exploração de dados (figura 9) pode ser gerenciada de maneira tal que um equilíbrio desejado seja encontrado entre a velocidade geral da computação e os recursos computacionais disponíveis. A figura 10 é um fluxograma que ilustra um método 1000 de gerenciamento da computação geral que inclui executar o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 (figura 7), o algoritmo de extração de dados 800 (figura 8) e o algoritmo de exploração de dados 900 (figura 9). O método 1000 inclui um processo 1004 de executar uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 (figura 7), tanto em série quanto em paralelo. Isto é, uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 podem ser executadas serialmente durante um período de tempo em um único sistema eletronicamente implementado ou, alternativamente, durante um período de tempo mais curto em uma pluralidade de sistemas eletronicamente implementados.

[00115] Subsequente à execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 no processo 1004, o método 1000 prossegue para um processo de decisão 1008 para determinar se resultados de um número desejado de instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 acumularam ou não. Mediante determinação, no processo de decisão 1008, que os resultados do desejado número de instâncias não acumularam, o método 1000 retorna em laço para o processo 1004 para executar uma ou mais instâncias adicionais do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700. Por outro lado, mediante determinação, no processo de decisão 1008, que os resultados do número desejado de instâncias acumularam, o método 1000 prossegue para um processo 1012 de execução de uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados 800 (figura 8), que pode ser executado tanto em série quanto em paralelo, similar ao processo 1004.

[00116] Subsequente à execução das uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados 800 no processo 1012, o método 1000 prossegue para um processo de decisão 1016 para determinar se os resultados de um número desejado de instâncias de algoritmo de extração de dados 1000 acumularam ou não. Mediante determinação, no processo de decisão 1016, que os resultados do número desejado de instâncias não acumularam, o método 1000 retorna em laço para o processo 1012 para executar uma ou mais instâncias adicionais do algoritmo de extração de dados 800. Por outro lado, mediante determinação, no processo de decisão 1016, que os resultados do número desejado de instâncias acumularam, o método 1000 prossegue para um processo 1020 de execução de uma ou mais instâncias do algoritmo de exploração de dados 900 (figura 9), que pode ser executado tanto em série quanto em paralelo, similar aos processos 1004 e 1012.

[00117] Se um algoritmo em particular é executado em série ou em paralelo e se um algoritmo em particular será executado nos resultados provenientes de um algoritmo prévio em uma base contínua ou em uma única instância pode ser determinado com base nos recursos de computação estimados para os algoritmos, de maneira tal que o desenho geral da liga seja otimizado para o rendimento desejado com base nos recursos computacionais disponíveis.

[00118] A seguir, um exemplo de implementação do método da figura 10 é descrito com propósitos ilustrativos. O conjunto inicial de composições da liga a ser calculado para um exemplo em particular pode incluir, por exemplo, 10.000 composições da liga. Em relação à figura 10, no processo 1004, o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 pode definir para ser executado para as 10.000 composições, por exemplo, em 10 instâncias separadas em 10 sistemas eletronicamente implementados, em que cada sistema eletronicamente implementado executa uma instância de algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 para 1.000 composições, por exemplo. O laço de processo 1004 - 1008 pode ser adicionalmente configurado para acumular resultados provenientes de todas as 10 instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700. Depois da conclusão de cada uma das 10 instâncias provenientes de um dos dez sistemas eletronicamente implementados, o método 1000 determina, no processo de decisão 1008, se todas as 10 instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 foram executadas. Mediante determinação de que menos do que todas as 10 instâncias foram executadas, o método 1000 retorna em laço para o processo 1004 para executar instâncias adicionais do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 até que todas as 10 instâncias tenham sido executadas, em cujo ponto o método 1000 prossegue para o processo 1012 para executar uma ou mais instâncias do algoritmo de extração de dados 800. Os resultados das 10 instâncias executadas no laço de processo 1004-1008 podem ser organizados, por exemplo, como estrutura de dados que inclui 10 pastas, em que cada pasta inclui os resultados de uma instância do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 provenientes de cada sistema eletronicamente implementado.

[00119] No exemplo em particular da implementação do método da figura 10, os resultados de todas as 10 instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 podem ser executados como uma única instância do algoritmo de extração de dados 800. Além do mais, como um exemplo, 700 diferentes critérios termodinâmicos podem ser selecionados para serem avaliados (por exemplo, no processo 804 da figura 8) para cada um dos resultados do algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 para as 10.000 composições da liga. A saída do algoritmo de extração de dados 800 pode incluir, neste exemplo, uma planilha eletrônica com 10.000 linhas (por exemplo, 1 para cada liga) e 101 colunas (por exemplo, 1 para especificar cada liga e, por exemplo, 100 para especifica os 100 critérios termodinâmicos). Certamente, embora, neste exemplo, apenas uma instância do algoritmo de extração de dados 800 tenha sido especificada para ser executada, se mais de uma instância do algoritmo de extração de dados 800 foi especificada para ser executada, o método 1000 determina, no processo de decisão 1016, se todas as instâncias especificadas do algoritmo de extração de dados 800 foram executadas e, se houver instâncias adicionais que ainda precisam ser executadas, o método 1000 retorna em laço para o processo 1012 para executar as instâncias adicionais do algoritmo de extração de dados 800, até que todas as instâncias especificadas tenham sido executadas, em cujo ponto o método 1000 prossegue para um processo 1020 para executar uma ou mais instâncias do algoritmo de exploração de dados 900.

[00120] Em um exemplo em particular da implementação do método da figura 10, os resultados de uma instância do algoritmo de extração de dados 800 podem ser executados no processo 1020 como múltiplas instâncias, em série ou em paralelo, do algoritmo de exploração de dados 900. Por exemplo, as múltiplas instâncias do algoritmo de exploração de dados 900 podem representar a classificação das 10.000 composições da liga (por exemplo, no processo 924 da figura 9), para configuração de ligas não magnéticas, ligas de revestimento contra desgaste resistentes ao craqueamento e ligas resistentes a corrosão.

[00121] Será percebido que, pelo método descrito na figura 10 e pelo exemplo de implementação do mesmo, uma vez que os resultados do laço de processo 1012-1016 (por exemplo, a planilha eletrônica com 10.000 colunas e 101 linhas, neste exemplo) forem gerados, eles podem ser usados para desenhar múltiplos tipos de ligas com diferentes propósitos (por exemplo, ligas não magnéticas, ligas de revestimento contra desgaste resistentes ao craqueamento e ligas resistentes a corrosão), pela simples execução de subsequentes instâncias do algoritmo de exploração de dados 900 (figura 9) no processo 1020 (figura 10) sem precisar executar repetidamente o algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 e o algoritmo de extração de dados 800.

EXEMPLOS EXEMPLO 1: Seleção de uma composição da liga de revestimento rígido não magnética

[00122] Este exemplo detalha uma rotina de desenho da liga que pode ser usada para desenvolver composições da liga que tanto não são magnéticas quanto possuem uma alta resistência ao desgaste e rigidez. Tais propriedades não estão inerentemente contidas em materiais com base em Fe, já que a forma não magnética de austenita é a forma mais macia de ferro. Assim, este desafiador material de propriedade dual é um bom candidato para demonstrar a capacidade do conceito de desenho descrito, para ilustrar a criteriosa investigação envolvida no desenho de complexos sistemas de liga multicomponentes. Foi determinado usando um processo inventivo separado que envolve uma comparação de experimentação e resultados de modelagem por versados na técnica que a temperatura de transição FCC - BCC e a fração de fase de partícula dura total em 1.300 K foram dois critérios termodinâmicos que podem ser usados vantajosamente para configuração de ligas neste espaço de aplicação. Além do mais, foi determinado por este processo inventivo separado que ter uma mínima temperatura de transição FCC - BCC de 950 K e uma mínima fração de fase de partícula dura de 20 % molar também foi vantajoso para garantir que tais ligas tivessem uma alta probabilidade de satisfazer as exigências de desempenho deste espaço de aplicação.

[00123] Pode ser percebido que o desenvolvimento da quantidade termodinâmica T(y^α) exigiu um processo de correlação experimental para definir. Pode ser percebido que não é inerentemente óbvio sugerir que o desenho de uma composição da liga de revestimento rígido não magnética para aplicações em temperatura ambiente envolveria selecionar uma liga que um diagrama de fase sugeriria que é magnético em temperatura ambiente. Entretanto, uma temperatura de transição FCC - BCC acima da temperatura ambiente significa que a fase magnética (BCC) do ferro é termodinamicamente estável em temperatura ambiente. Este exemplo ilustra que o próprio diagrama de fase não contém obviamente a informação útil para desenho da liga, em vez disto, este método frequentemente leva à criação de quantidades termodinâmicas que não são óbvias ou até mesmo contra as considerações metalúrgicas convencionais.

[00124] A TABELA 2 representa os resultados de 11 instâncias de um algoritmo de cálculo do diagrama de fase similar ao algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 da figura 7. Uma descrição dos parâmetros usados para executar estas sub-rotinas é mostrada na TABELA 2, incluindo a mínima faixa de cálculo (min), máximo cálculo (faixa) e tamanho de etapa (etapa) que são mostrados para cada elemento, bem como a temperatura. Em cada série de cálculo há alguns elementos que são mantidos constantes (em valores definidos) por toda a sub-rotina. As 11 instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase geraram 4.408 arquivos de dados de liga individuais.

[00125] Subsequentemente, um algoritmo de extração de dados similar ao algoritmo de extração de dados 800 da figura 8 foi aplicado nos resultados do algoritmo de cálculo do diagrama de fase mostrado na TABELA 2. O algoritmo de extração de dados foi executado em todas as 4.408 composições da liga inicialmente calculadas nas múltiplas instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase. O arquivo de dados de liga individuais foi avaliado em relação aos seguintes critérios termodinâmicos: (1) temperatura de transição FCC - BCC definida pela mais alta temperatura na qual BCC Fe existe como uma quantidade não zero; e (2) fração de fase de partícula dura em 1.300 K definida pela soma da fração de fase molar de todos os carbonetos, boretos, ou compostos intermetálicos presentes em 1.300 K na liga em equilíbrio. Na conclusão do algoritmo de extração de dados, um único arquivo de dados foi gerado tabulando a temperatura de transição FCC - BCC e a fração de fase de partícula dura para cada uma das 4.408 composições da liga.

[00126] Subsequentemente, um algoritmo de exploração de dados similar ao algoritmo de exploração de dados 900 da figura 9 foi aplicado no resultado do algoritmo de extração de dados supradescrito. Da forma mencionada, com base em um processo inventivo separado, foi determinado que uma mínima temperatura de transição FCC - BCC (Ty^α) de 950 K e uma mínima fração de fase de partícula dura (∑hard) de 20 % molar foram critérios vantajosos para garantir que tais ligas tivessem uma alta probabilidade de satisfazer as exigências de desempenho deste espaço de aplicação. Assim, dois critérios de desenho exigidos foram definidos: (Ty^α) > 950 K e (∑hard) > 20 % molar. Com base neste filtro, 643 ligas permaneceram no subconjunto de desenho preferido. A seguir, um critério de classificação de desenho foi definido: ligas foram classificadas de acordo com (∑hard) com maiores frações de fase de partícula dura sendo consideradas mais favoráveis.

[00127] A TABELA 3 representa uma porção de um exemplo de uma saída final do algoritmo de exploração de dados em um único formato de tabela que tem composições da liga que, provavelmente, não devem ser magnéticas e possuem altas rigidez e resistência ao desgaste. Ligas são adicionalmente organizadas no arquivo de dados de acordo com o nível de prováveis rigidez e resistência ao desgaste. As composições da liga listadas na TABELA 3 representam aquelas que, provavelmente, devem ser as ligas mais rígidas e mais resistentes ao desgaste do subconjunto preferido:

[00128] A TABELA 3 demonstra um pequeno exemplo da capacidade para desenhar uma liga sem a necessidade de que versados na técnica avaliem a informação de termodinâmica. Este é um exemplo de uma tabela que liga simplesmente composições da liga a duas quantidades termodinâmicas. Uma tabela como esta pode conter um grande número de ligas exclusivas e um grande número de quantidades termodinâmicas exclusivas. Desenho da liga é, então, executado utilizando métodos de ordenação e classificação puramente algorítmicos. No exemplo exposto, a liga no topo do gráfico Fe60,5B1C2,5Cr18Mn10Nb4W4 é a saída do completo processo de desenho da liga, e é, simplesmente, uma composição da liga. O usuário não precisou avaliar os diagramas de fase ou quaisquer exibições gráficas de termodinâmica a fim de identificar esta liga. Além do mais, o usuário não precisou entender nenhuma correlação entre a composição da liga e o desempenho desejado, o algoritmo simplesmente identificou o melhor candidato dentre o conjunto de dados por meio de análise numérica puramente objetiva. EXEMPLO 2: Seleção de uma composição da liga revestimento contra desgaste resistente a craqueamento

[00129] Este exemplo detalha uma rotina de desenho da liga que pode ser usada para desenvolver composições da liga que têm simultaneamente alta resistência ao desgaste e são muito resistentes a craqueamento. Tais propriedades não estão inerentemente contidas em materiais com base em Fe, já que rigidez e tenacidade (que proveem resistência ao craqueamento) são duas propriedades conhecidas pelos versados na técnica da metalurgia como inversamente relacionadas. Assim, este desafiador material de propriedade dual é um bom candidato para demonstrar a capacidade do conceito de desenho descrito, para ilustrar a criteriosa investigação envolvida no desenho de complexos sistemas de liga multicomponentes. Foi determinado usando um processo inventivo separado que envolve uma comparação de resultados de experimentação e de modelagem por versados na técnica que a fração de fase de partícula dura primária total e a fração de fase de partícula dura secundária total foram dois critérios termodinâmicos que podem ser usados vantajosamente para configuração de ligas neste espaço de aplicação. Além do mais, foi determinado por este processo inventivo separado que uma mínima fração de fase de partícula dura primária de 2 % molar e uma máxima fração de fase de partícula dura secundária de 10 % molar foram os limites exigidos para garantir que tais ligas tivessem uma alta probabilidade de satisfazer as exigências de desempenho deste espaço de aplicação.

[00130] A TABELA 4 representa os resultados de 13 instâncias de um algoritmo de cálculo do diagrama de fase similar ao algoritmo de cálculo do diagrama de fase 700 da figura 7. Uma descrição dos parâmetros usados para executar estas sub-rotinas é mostrada na TABELA 4, incluindo a mínima faixa de cálculo (min), máximo cálculo (faixa), e tamanho de etapa (etapa) são mostrados para cada elemento, bem como a temperatura. Em cada série de cálculo, há alguns elementos que são mantidos constantes (em valores definidos) por toda a sub-rotina. Estas 13 instâncias do algoritmo de cálculo do diagrama de fase geraram 9.132 arquivos de dados de liga individuais.

[00131] Subsequentemente, um algoritmo de extração de dados similar ao algoritmo de extração de dados 800 da figura 8 foi aplicado nos resultados do algoritmo de cálculo do diagrama de fase mostrado na TABELA 4. O algoritmo de extração de dados foi executado em todas as 9.132 composições da liga inicialmente calculadas nas múltiplas sub- rotinas de cálculo de dados. O arquivo de dados de liga individuais foi avaliado em relação aos seguintes critérios termodinâmicos: (1) fração de fase de partícula dura primária definida pela soma da fração de fase molar em temperatura ambiente de todos os carbonetos, boretos ou fases de composto intermetálico que existem em uma quantidade não zero em uma temperatura pelo menos 10 K acima da mais alta temperatura na qual ferro austenítico existe como uma quantidade não zero; e (2) fração de fase de partícula dura secundária definida pela soma da fração de fase molar em temperatura ambiente de todos os carbonetos, boretos ou fases de composto intermetálico que existem em uma quantidade não zero em uma temperatura menor do que 10 K acima da mais alta temperatura na qual ferro austenítico existe como uma quantidade não zero. Na conclusão do algoritmo de extração de dados, um único arquivo de dados foi gerado tabulando estas 2 quantidades termodinâmicas para cada uma das 9.132 composições da liga.

[00132] Subsequentemente, um algoritmo de exploração de dados similar ao algoritmo de exploração de dados 900 da figura 9 foi aplicado no resultado do algoritmo de extração de dados supradescrito. Da forma mencionada, com base em um processo inventivo separado, foi determinado que uma mínima fração de fase de partícula dura primária (primário) de 2 % molar e uma máxima fração de fase de partícula dura secundária (secundário) de 10 % molar foram os limites exigidos para garantir que tais ligas tivessem uma alta probabilidade de satisfazer as exigências de desempenho deste espaço de aplicação. Assim, dois critérios de desenho exigidos foram definidos: primário > 2 % e secundário < 10 mol. Com base neste filtro, 341 ligas permaneceram no subconjunto de desenho preferido. A seguir, um critério de classificação de desenho foi definido: ligas foram classificadas de acordo com (Primário), com frações de fase de partícula dura primárias mais altas sendo consideradas mais favoráveis. A TABELA 5 representa uma porção de um exemplo de uma saída final do algoritmo de exploração de dados.

[00133] O Exemplo 2 é uma boa ilustração do método de extração e da necessidade de ter um algoritmo e rotina de cálculo especiais construídos para extrair informação de termodinâmica a partir de um diagrama de fase que não é inerentemente óbvio ou presente no próprio diagrama de fase termodinâmica. Neste exemplo, partículas duras primária e secundária são diferenciadas com base na temperatura de formação das próprias fases em relacionamento com a temperatura de formação da fase do aço, austenita ou ferrita. Dado o número de potenciais fases duras que estão potencialmente presentes durante o cálculo de 9.000 ligas, um algoritmo relativamente complexo deve ser construído para extrair apropriadamente esta informação. Em outras palavras, a quantidade termodinâmica rotulada como 'Primária' é criada usando um algoritmo sofisticado que interroga um diagrama de fase, mas, em última análise, é simplesmente um número. A quantidade termodinâmica rotulada 'Secundária' é similarmente extraída. Estes dois exemplos ilustram que o diagrama de fase termodinâmica está sendo utilizado para criar uma base de dados separada e exclusiva que pode ser efetivamente explorada em um estágio posterior.

[00134] Para ilustrar a inerente complexidade da quantidade termodinâmica 'Primária', uma descrição do algoritmo para gerar este número é provida. Primeiro, o algoritmo determina se austenita ou ferrita é a fase com base em Fe que está presente na mais alta temperatura. A mais alta temperatura na qual ambas estas duas fases estão presentes é determinada como temperatura 1. Segundo, o algoritmo determina todas as outras fases presentes sobre a faixa de temperatura do cálculo. Em terceiro lugar, a temperatura de formação de cada uma das 'outras fases' é determinada e gravada. A temperatura de formação é definida como a mais alta temperatura na qual a fase especificada tem uma fração molar não zero. Em quarto lugar, o algoritmo avalia se a temperatura de formação para cada uma das 'outras fases' é maior do que a temperatura 1. Se a temperatura de formação for mais alta, a fase é considerada como uma fase dura primária. Se a temperatura de formação for inferior, a fase é considerada como uma fase dura secundária. Em quinto lugar, as frações molares dos carbonetos primários em uma temperatura especificada de 300 K são somadas e extraídas em uma base de dados sob o descritor de coluna 'Primária'. Pode ser percebido que as quantidades termodinâmicas não são meramente números inerentemente presentes ou obviamente exibidos em um diagrama de fase, mas são, em vez disto, produtos de algoritmos complexos exigidos com os propósitos de desenho da liga.

[00135] Os dois exemplos expostos mostram as três etapas descritas que prosseguem de uma maneira linear: cálculo, extração e exploração. Entretanto, da forma descrita previamente, um aspecto exclusivo desta invenção exposta que usa simplesmente CALPHAD por meio do computador é a capacidade de desenhar múltiplas ligas de microestrutura e desempenho exclusivos a partir da base de dados de quantidades termodinâmicas extraídas. Por exemplo, grosseiramente 15.000 ligas foram calculadas nos dois exemplos expostos e duas quantidades termodinâmicas foram descritas em cada uma das etapas de extração. Entretanto, neste método, é vantajoso extrair o completo espectro das potenciais quantidades termodinâmicas durante a rotina de extração, independente do desenho pretendido do metalurgista no tempo.

[00136] Nos dois exemplos expostos, um material revestimento contra desgaste não magnético e um material revestimento contra desgaste resistente a craqueamento foram separadamente desenhados usando todo o processo de 3 etapas, cálculo, extração e exploração. Nos exemplos que seguem, ligas independentes adicionais podem ser desenhadas sem executar cálculos adicionais. Este exemplo mostra a efetividade deste método, de acordo com o qual, um metalurgista pode executar rotinas de desenho exclusivamente separadas sem executar cálculos adicionais ou fazer interface com diagramas de fase. EXEMPLO 3: Seleção de uma composição da liga resistente a corrosão e abrasão

[00137] Utilizando os prévios 15.000 cálculos, um metalurgista pode explorar imediatamente estes dados para desenvolver um sistema de liga exclusivo: ligas de revestimento contra desgaste resistentes a abrasão e corrosão. Neste exemplo, a rotina de extração é reexecutada nas 15.000 ligas para incluir propriedades termodinâmicas adicionais de interesse que versados na técnica determinaram como relevantes para a microestrutura e propriedades desejadas por meio de medições experimentais. Um exemplo de um parâmetro de termodinâmica adicional a ser adicionado seria o conteúdo de Cr em % em peso na fase de austenita em 1.300 K, chamado de 'Austenita Cr 1.300 K'. Novamente, a seleção desta quantidade termodinâmica não é óbvia e exige experimentos em que o desempenho de corrosão da liga está sendo correlacionado com o conteúdo de Cr em alta temperatura (1.300 K) em uma fase que não existe na liga em temperatura ambiente (austenita). Neste exemplo, nenhuma rotina de cálculo é executada, e 15.000 ligas podem ser rapidamente interrogadas em relação a um sistema de liga exclusivo. No exemplo 3, a etapa de extração de dados é executada para extrair todas as quantidades termodinâmicas discutidas até aqui, T(y-α), ∑hard, primário, secundário e Austenita Cr 1.300, mesmo embora nem todas estas quantidades sejam relevantes para este exemplo em particular. Uma vez extraídos, estes dados podem ser explorados para determinar a melhor liga para esta aplicação. Por exemplo, todas as 15.000 ligas podem ser armazenadas para remover imediatamente qualquer liga que tenha um nível de Austenita Cr 1.300 abaixo de 0,12. Então, as ligas restantes podem ser classificadas de acordo com o mais alto valor secundário. A figura 9 exibe as quantidades termodinâmicas extraídas para todas as 15.000 ligas para demonstrar como o desenho de uma liga como esta é quantificado em termos numéricos simples. Entretanto, da forma mencionada, nenhuma exibição gráfica ou avaliação de informação de termodinâmica são exigidas para fazer este desenho da liga. Em vez disto, uma única liga ou coleção de diversas ligas são selecionadas para fabricação com base nas rotinas de ordenação e classificação algorítmicas.

[00138] A energia deste método é revelada, em que este desenho da liga foi executado nas 15.000 ligas sem precisa recalcular 15.000 ligas, o que pode tomar até cerca de 15 horas usando um supercomputador. No processo de desenho do Exemplo 3, apenas o processo de extração foi executado, o que pode tomar cerca de 1 hora. Pode ser percebido que este método pode ser usado para evitar proibitivas durações de tempo, tal como tempo de 15.000 horas de cálculo para 15.000.00 ligas, permitindo que este conjunto de ligas extremamente grande seja utilizado no desenho da liga em cerca de 100 horas.

[00139] Novamente, em relação à 6A, o gráfico 600 representa a avaliação simultânea de muitas ligas usando duas quantidades termodinâmicas simultaneamente. Em parte, isto é feito por questão de conveniência em virtude de ser fisicamente impossível exibir graficamente uma série de ligas em uma representação gráfica bidimensional para mais do que 2 quantidades termodinâmicas. Entretanto, este método é vantajoso em sua capacidade exclusiva de avaliar um grande conjunto de ligas para mais do que 2 quantidades termodinâmicas. Os algoritmos de ordenação e classificação numérica permitem que um número infinito de quantidades termodinâmicas seja simultaneamente considerado, em virtude de, em nenhum ponto, dever um metalurgista revisar um diagrama de fase ou outra exibição gráfica. É frequentemente o caso, que múltiplos critérios de desempenho devem ser satisfeitos para que a liga tenha utilidade como um produto fabricado. EXEMPLO 4: Seleção de uma composição da liga não magnética e resistente a craqueamento

[00140] Em um outro exemplo, os prévios 15.000 cálculos podem ser novamente utilizados. Neste caso, a rotina de extração também é evitada devido à extração dos 5 critérios termodinâmicos no prévio exemplo, apesar de apenas exigir duas quantidades para o desenho da liga resistente a corrosão e a abrasão. Como critérios termodinâmicos são continuamente desenvolvidos neste método, os métodos de cálculo e de extração podem ser mais frequentemente evitados para acelerar o processo de desenho da liga. Novamente em relação à figura 6B, o gráfico 620 ilustra um exemplo de gráfico usado na exploração de um material de revestimento rígido não magnético resistente a craqueamento. Neste exemplo, foi determinado em uma etapa inventiva separada que a fração de fase dura primária e a temperatura de transição de T α para y eram parâmetros de termodinâmica relevantes para configuração deste produto. O gráfico 620 da figura 6B, então, representa os resultados da exploração das 15.000 ligas calculadas neste exemplo em particular de acordo com o qual estas ligas são, agora, avaliadas para a aplicação de revestimento rígido não magnético. No exemplo 4, este processo de desenho da liga exclusivo e separado foi executado instantaneamente, já que nenhum algoritmo de cálculo ou extração adicional foi executado. Ordenação e classificação são essencialmente instantâneas para o usuário mesmo durante a configuração em um número de ligas muito grande. Pode ser percebido neste exemplo como um conjunto de ligas extremamente grande de 15.000.000 ligas pode ser utilizado no desenho da liga em questão de segundos usando este método descrito, enquanto que técnicas CALPHAD convencionais exigirão um período de 15.000 horas proibitivamente longo (625 dias ou 1,7 ano). Entretanto, esta comparação é incorreta, em que ela exige que versados na técnica avaliem e entendam informação de termodinâmica contida em 15.000.000 de diagramas de fase, que não podem ser executados por meio de CALPHAD convencional. Assim, pode ser percebido que a avaliação simultânea de 15.000.000 ligas por meio de métodos CALPHAD convencionais é logisticamente impossível.

[00141] Similar à figura 6A, a figura 6B representa a avaliação simultânea de muitas ligas usando somente duas quantidades termodinâmicas devido às limitações físicas da representação gráfica de múltiplas variáveis. Entretanto, é frequentemente desejável usar 3 ou mais quantidades termodinâmicas no desenho da liga e o Exemplo 4 pode se beneficiar adicionalmente do uso de quantidades termodinâmicas adicionais em seu desenho. No Exemplo 4, os algoritmos de classificação e avaliação podem ser usados para identificar uma liga que contém um limite máximo 'T α até y' e que realizam classificação adicionalmente de acordo com a mais alta quantidade 'Primária'. O desenho da liga pode ser adicionalmente aprimorado neste exemplo pela adição de critérios adicionais, 'Secundária'. Neste caso, a quantidade 'Secundária' é armazenada de maneira tal que apenas ligas que têm uma máxima quantidade 'Secundária' sejam adicionalmente consideradas no desenho. Neste exemplo exemplar, três critérios termodinâmicos são simultaneamente usados no desenho do conjunto de ligas. Pode ser percebido que é impossível criar uma exibição termodinâmica da informação usando métodos CALPHAD convencionais de acordo com os quais 3 variáveis independentes podem ser usadas no desenho; uma exibição como esta deve ser uma imagem tridimensional e é proibitivamente difícil de interpretar. Além do mais, a exibição física de mais do que três variáveis independentes não pode ser fisicamente exibida. O método descrito é a única maneira conhecida de executar o desenho da liga usando mais do que 3 quantidades termodinâmicas simultaneamente para uma pluralidade de ligas.

[00142] Em uma modalidade, este método é usado para avaliar 2 ou mais quantidades termodinâmicas de um conjunto de ligas. Em uma modalidade preferida, este método é usado para avaliar 3 ou mais quantidades termodinâmicas de um conjunto de ligas. Em uma modalidade ainda preferida, este método é usado para avaliar 4 ou mais quantidades termodinâmicas de um conjunto de ligas.

[00143] Os exemplos 3 e 4 destacam uma outra característica exclusiva deste método, se comparado com CALPHAD convencional, a capacidade de executar desenho da liga entre vastas faixas composicionais efetivamente. Em uma modalidade, este método é exclusivo em sua capacidade de executar desenho da liga usando 100 ligas simultaneamente. Em uma modalidade preferida, este método é exclusivo em sua capacidade de executar desenho da liga usando 500 ligas simultaneamente. Em uma modalidade ainda preferida, este método é exclusivo em sua capacidade de executar desenho da liga usando 1.000 ligas simultaneamente. No exemplo de US 2009/00531100A1, o método CALPHAD é usado para avaliar efetivamente 1 - 4 ligas simultaneamente. Técnicas convencionais que usam exibição gráfica da informação de termodinâmica são efetivas na avaliação de 1 - 10 ligas, se tornam crescentemente ineficientes durante a avaliação de 11 - 99 ligas simultaneamente e se tornam inúteis para o desenho da liga durante a avaliação de 100 ligas ou mais.

[00144] Em um outro exemplo, 1.000.000 ligas foram calculadas e 50 critérios termodinâmicos foram definidos com base em medições experimentais e suas capacidades para prever microestrutura e desempenho. Uma vez calculados, o que pode tomar até 6 meses usando um supercomputador, e extraídos, o que pode tomar até diversas semanas, o processo de exploração pode ser executado para desenhar múltiplos tipos de ligas. O processo de exploração é essencialmente instantâneo utilizando um computador.

[00145] Em um outro exemplo, todas as possibilidades de ligas de aço, que representam trilhões de potenciais combinações de liga, são calculadas, o que pode tomar até diversos anos utilizando uma série de supercomputadores. 100 relevantes quantidades termodinâmicas são determinadas por meio de 100 processos inventivos exclusivos para prever uma variedade de características microestruturais e de desempenho no aço. Uma vez calculados e avaliados, estes dados podem ser explorados e usados para desenhar ligas para uma variedade de diferentes critérios microestruturais e de desempenho desejados para desenvolver materiais funcionais exclusivos e separados entre a íntegra de possíveis aços de forma efetivamente instantânea.

[00146] Em um exemplo final, todas as possíveis combinações elementares são calculadas, o que pode tomar até uma década utilizando uma série de supercomputadores. 1.000 relevantes quantidades termodinâmicas são determinadas por meio de 1.000 processos inventivos exclusivos para prever uma variedade de características microestruturais e de desempenho. Uma vez calculados e avaliados, estes dados podem ser explorados e usados para desenhar ligas para uma variedade de diferentes critérios microestruturais e de desempenho desejados para desenvolver materiais funcionais exclusivos e separados entre a íntegra de possíveis materiais de forma efetivamente instantânea.

[00147] Recursos, materiais, características ou grupos descritos em conjunto com um aspecto, modalidade ou exemplo em particular devem ser entendidos como aplicáveis em quaisquer outros aspectos, modalidade ou exemplo aqui descritos, a menos que incompatíveis com os mesmos. Todas as características descritas neste relatório descritivo (incluindo todas as reivindicações anexas, resumo e desenhos) e/ou todas as etapas de quaisquer métodos ou processo assim descritos, podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto combinações em que pelo menos algumas de tais características e/ou etapas são mutuamente exclusivas. A proteção não é restrita aos detalhes de nenhuma modalidade exposta. A proteção se estende a qualquer característica inédita, ou qualquer combinação inédita das características, descritas neste relatório descritivo (incluindo todas as reivindicações anexas, resumo e desenhos), ou a quaisquer etapas de quaisquer métodos ou processo, ou a qualquer combinação inédita das mesmas, da forma aqui descrita.

[00148] Embora certas modalidades tenham sido descritas, estas modalidades foram apresentadas a título de exemplo apenas, e não pretende-se que limitem o escopo de proteção. De fato, os métodos e sistemas inéditos aqui descritos podem ser incorporados em uma variedade de outras formas. Além do mais, várias omissões, substituições e mudanças na forma dos métodos e sistemas aqui descritos podem ser feitas. Versados na técnica percebem que, em algumas modalidades, as reais etapas tomadas nos processos ilustrados e/ou descritos podem diferir daquelas mostradas nas figuras. Dependendo da modalidade, certas etapas supradescritas podem ser removidas, e outras podem ser adicionadas. Além do mais, as características e os atributos das modalidades específicas supradescritas podem ser combinadas de diferentes maneiras para formar modalidades adicionais, todas as quais caem no escopo da presente descrição.

[00149] Embora a presente descrição inclua certas modalidades, exemplos e aplicações, será entendido por versados na técnica que a presente descrição se estende além das modalidades especificamente descritas para outras modalidades e/ou usos alternativos, e modificações e equivalentes óbvios dos mesmos, incluindo modalidades que não proveem todas as características e vantagens aqui apresentadas. Desta maneira, não pretende-se que o escopo da presente descrição seja limitado pelas descrições específicas de modalidades aqui preferidas, e pode ser definido pelas reivindicações aqui apresentadas ou apresentadas no futuro.

Claims (19)

1. Método (100) para selecionar uma composição de um material tendo uma propriedade alvo, caracterizado pelo fato de compreender: receber uma entrada compreendendo dados de fase termodinâmicas para uma pluralidade de materiais, em que cada material é um sistema multifásico com pelo menos quatro elementos e em que composições de mais de um elemento de material são variadas em faixas de composição especificadas; extrair dos dados de fase termodinâmicas uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais programaticamente por um dispositivo de computação, em que as quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para serem correlacionadas com microestruturas associadas a propriedades físicas do material; armazenar as quantidades termodinâmicas extraídas em um meio legível por computador; explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas programaticamente armazenadas pelo dispositivo de computação usando um microprocessador para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo; e selecionar a composição de um subconjunto classificado dos materiais.

2. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que explorar eletronicamente classifica pelo menos o subconjunto dos materiais independente de calcular os dados de fase termodinâmicas adicionais ou independente de extrair quantidades termodinâmicas adicionais dos mesmos, depois de armazenar as quantidades extraídas termodinâmicas.

3. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a seleção da composição inclui selecionar o subconjunto dos materiais independente de gerar uma representação gráfica dos dados de fase termodinâmica e independente de extrair quantidades termodinâmicas adicionais.

4. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a síntese do material tendo uma composição correspondente a um dos materiais classificados.

5. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a extração compreende executar um algoritmo para extrair, para cada material, as quantidades termodinâmicas que incluem um ou mais de uma fração molar de uma fase de material a uma temperatura, uma temperatura de formação de uma fase de material, uma temperatura de dissolução de uma fase de material, uma temperatura de transição entre as duas fases, uma percentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura, uma fração molar de uma fase de material a uma temperatura que corresponde a uma temperatura de formação ou a uma temperatura de dissolução de uma segunda fase e porcentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura correspondente a uma temperatura de formação ou uma temperatura de dissolução de uma segunda fase.

6. Método (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a extração compreende adicionalmente a execução de um algoritmo para calcular uma quantidade derivada de uma ou mais das quantidades termodinâmicas usando um ou mais de uma diferença na temperatura de formação de duas fases de material, uma diferença nas temperaturas de dissolução de duas fases de material, uma soma das frações em peso ou molares de pelo menos duas fases de material a uma temperatura, uma soma das frações molares de, pelo menos, duas fases de material a uma temperatura que está presente na ou abaixo de uma segunda temperatura.

7. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende explorar eletronicamente comparando pelo menos um subconjunto dos materiais em paralelo com base em pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

8. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que explorar eletronicamente compreende, antes de classificar os materiais, inicialmente eliminar, de um conjunto inteiro da pluralidade de materiais, um ou mais candidatos de material com base em um ou mais critérios selecionados de uma quantidade termodinâmica limiar mínima, uma quantidade termodinâmica limiar máxima e uma faixa entre uma quantidade termodinâmica limiar mínima e um quantidade termodinâmica limiar máxima.

9. Método (100) de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que explorar eletronicamente compreende classificar pelo menos o subconjunto de materiais após a eliminação de um conjunto inteiro de um ou mais candidatos de material.

10. Método (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o método inteiro é realizado utilizando um sistema de computador.

11. Aparelho de seleção de composição do material (200) empregado em um método (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende: um dispositivo de computação compreendendo um processador; um módulo de extração de dados de fase termodinâmica (212) configurado para receber uma entrada compreendendo dados de fase termodinâmica de uma pluralidade de materiais e extrair dos mesmos uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais pelo dispositivo de computação, em que cada material é um sistema multifásico com pelo menos quatro elementos e em que composições de mais de um elemento de material são variadas em faixas de composição especificadas, em que as quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para serem correlacionadas com as microestruturas associadas a propriedades físicas do material; um módulo de armazenamento (216) compreendendo um meio transitório e não transitório tendo armazenado no mesmo as quantidades termodinâmicas extraídas; e um módulo de exploração (224) de dados eletrônicos configurado para explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para classificar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionadas com a propriedade alvo.

12. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de exploração (224) de dados eletrônicos classifica o subconjunto dos materiais independente de calcular os dados de fase termodinâmica adicionais ou independente de extrair quantidades termodinâmicas adicionais do módulo de armazenamento (216).

13. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um módulo de cálculo de dados de fase termodinâmica configurado para calcular os dados de fase termodinâmicas utilizando cálculos de computador de método de diagramas de fase.

14. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de extração (212) é configurado para executar um algoritmo para extrair, para cada material, as quantidades termodinâmicas que incluem uma ou mais de uma fração molar de uma fase de material a uma temperatura, uma temperatura de formação de um fase de material, uma temperatura de dissolução de uma fase de material, uma temperatura de transição entre as duas fases, uma percentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura, uma fração molar de uma fase de material a uma temperatura correspondendo a uma temperatura de formação ou um temperatura de dissolução de uma segunda fase e uma porcentagem em peso de um elemento em uma fase de material a uma temperatura correspondente a uma temperatura de formação ou a uma temperatura de dissolução de uma segunda fase.

15. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o módulo de extração (212) é ainda configurado para executar um algoritmo para calcular uma quantidade derivada de uma ou mais das quantidades termodinâmicas usando uma ou mais de uma fração molar extraída da fase de material a uma temperatura, a temperatura de formação extraída da fase de material, a temperatura de dissolução extraída da fase de material, a temperatura de transição extraída entre as duas fases, a percentagem em peso extraída do elemento na fase de material na temperatura, a fração molar extraída da fase de material na temperatura correspondendo a temperatura de formação ou a temperatura de dissolução da segunda fase e a porcentagem em peso extraída do elemento na fase de material na temperatura correspondente a temperatura de formação ou a temperatura de dissolução da segunda fase..

16. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o módulo de exploração (224) eletrônico é configurado para, antes de classificar os materiais, eliminar do conjunto inteiro da pluralidade de materiais, um ou mais candidatos de material com base em um ou mais critérios selecionados de uma quantidade termodinâmica limiar mínima, uma quantidade termodinâmica limiar máxima e uma faixa entre uma quantidade termodinâmica limiar mínima e uma quantidade termodinâmica limiar máxima.

17. Aparelho (200) de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o módulo de exploração (224) eletrônico é configurado para classificar o pelo menos o subconjunto de materiais após a eliminação de um conjunto inteiro de um ou mais candidatos de material.

18. Meio legível por computador não transitório empregado em um método (100) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende instruções armazenadas no mesmo que, quando executadas, faz um dispositivo de computação para executar as seguintes etapas: receber uma entrada compreendendo dados de fase termodinâmica para uma pluralidade de materiais, em que cada material é um sistema multifásico com pelo menos quatro elementos e em que composições de mais de um elemento de material são variadas em faixas de composição especificadas; extrair dos dados de fase termodinâmica uma pluralidade de quantidades termodinâmicas correspondentes a cada um dos materiais pelo dispositivo de computação, em que as quantidades termodinâmicas extraídas são predeterminadas para serem correlacionadas com microestruturas associadas a propriedades físicas do material; armazenar as quantidades termodinâmicas extraídas em um meio legível por computador; e explorar eletronicamente as quantidades termodinâmicas armazenadas usando o dispositivo de computação para avaliar pelo menos um subconjunto dos materiais com base em uma comparação de pelo menos um subconjunto das quantidades termodinâmicas que estão correlacionados com a propriedade alvo.

19. Meio legível por computador de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a exploração eletronicamente classifica o subconjunto dos materiais independente de calcular os dados de fase termodinâmica adicionais ou independente de extrair quantidades termodinâmicas adicionais dos mesmos depois de armazenar as quantidades numéricas extraídas.