Numerical simulation of electrochemical behavior for naval steel microstructure via tafel curves extrapolation method

Τράκα, Κωνσταντίνα; Traka, Konstantina

dc.contributor.author	Τράκα, Κωνσταντίνα	el
dc.contributor.author	Traka, Konstantina	en
dc.date.accessioned	2017-01-25T11:24:05Z
dc.date.issued	2017-01-25
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44251
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13928
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Modelling	el
dc.subject	Electrochemistry	en
dc.subject	Comsol	en
dc.subject	Microstructure	en
dc.subject	Simulation	en
dc.title	Numerical simulation of electrochemical behavior for naval steel microstructure via tafel curves extrapolation method	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/840868f9d668cd136ec6f074902084034906c943
heal.dateAvailable	2018-01-24T22:00:00Z
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-25
heal.abstract	The aim of the present Diploma Thesis is the simulation of the electrochemical behavior for naval steel microstructure via Tafel curves extrapolation. For the model development the simulation of the microstructure was also required as an input parameter. In particular the electrochemical behavior of AH36 steel, which consists of a-phase ferrite and pearlitic micro – constituent, in NaCl 3.5% environments was simulated, concerning the polarization curves obtained by potentiostatic method. The prediction of electrochemical behavior of this alloy was simulated taking into account the electrochemical behavior of its constituting different microstructures: ferrite a-phase and pearlite micro-constituent. For this reason, electrochemical experiments, potentiostatic polarization, was conducted on AH36 ferritic-pearlitic steel alloy, Ferrite specimen and Perlite specimen, where ferrite and pearlite are the constituting metallographic phases of AH36. The Tafel curves obtained from the electrochemical experiments performed, show that Ferrite presents lower values for Ecorr than Pearlite, indicating that ferrite exhibits higher tendency for corrosion. This difference implies that it would be possible for a galvanic couple to be formed at the microstructural level. More specifically, in ferrite – pearlite steel alloys exposed to corrosion, the ferrite grains could act as anodes providing electrons towards the pearlitic regions (acting as cathodes). Hence, this behavior could be simulated according to the amount of each phase within the alloy‘s microstructure. For the simulation of the ferritic-pearlitic microstructure of AH36 steel, the Voronoi tessellation approach was employed. The ferrite and the pearlite amounts on the model ‘s application regarding the microstructure deviates by 0.36% from the actual microstructure, which is considered adequately acceptable. The modeled and the experimental polarization curves for AH36 ferritic-pearlitic steel, appear to be similar. The same conclusion is deduced for the electrochemical parameters Ecorr and icorr concerning the modeled and the experimental curves. The prediction regarding the metal ‘s dissolution from the developed model, shows that the electrolyte has penetrated against the metal‘s domain. This denotes that the metallic regions have dissolved permitting the solution to invade. The agreement between the model ‘s polarization curves and the experimental one, along with the agreement concerning the obtained parameters Ecorr and icorr prove that the assumption of the electrochemical behavior of AH36 ferritic-pearlitic steel being defined by the electrochemical behavior of its constituting microstructures is fairly stated, as long as it is supported by a concrete simulation of the micro-structure.	el
heal.abstract	Ο σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση της ηλεκτροχημικής συμπεριφοράς στη μικροδομή ναυπηγικού χάλυβα μέσω της μεθόδου προεκβολής καμπυλών Tafel. Για την ανάπτυξη του μοντέλου η προσομοίωση της μικροδομής ήταν επίσης αναγκαία. Πιο συγκεκριμένα, η ηλεκτροχημική συμπεριφορά του ναυπηγικού χάλυβα AH36, ο οποίος αποτελείται από φερρίτη και περλίτη, σε υδάτινο περιβάλλον με 3,5% NaCl, μελετήθηκε με προσομοίωση, που στοχεύει στην πρόβλεψη των καμπυλών πόλωσης που θα λαμβάνονταν πειραματικά με την ποτενσιοστατική μέθοδο. Για την προσομοίωση της ηλεκτροχημικής συμπεριφοράς αυτού του κράματος χρειάστηκαν δεδομένα για τις αντίστοιχες ηλεκτροχημικές συμπεριφορές των συστατικών μερών της μικροδομής του: φερρίτης α-φάσης και περλίτης. Για το λόγο αυτό, διεξήχθησαν ηλεκτροχημικά πειράματα, με ποτενσιοστατική πόλωση, σε δοκίμιο σιδήρου α φάσης (μικροδομής φερρίτη) και σε δοκίμιο ευτηκτοειδούς σύστασης με 0.8 % κατά βάρος περιεκτικότητα σε άνθρακα (μικροδομής περλίτη), καθώς και σε σε ναυπηγικό χάλυβα AH36 φερριτικοπερλιτικής μικροδομής για την εξακρίβωση της μοντελοποίησης. Οι καμπύλες Tafel που λήφθηκαν από τα ηλεκτροχημικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, έδειξαν ότι ο φερρίτης παρουσιάζει χαμηλότερες τιμές για το δυναμικό διάβρωσης Ecorr σε σχέση με τον περλίτη, υποδεικνύοντας ότι οι φάσεις φερρίτη θα παρουσιάζουν μεγαλύτερη τάση για διάβρωση. Αυτή η διαφορά υποδηλώνει ότι θα ήταν δυνατό για ένα γαλβανικό στοιχείο να σχηματίζεται στο επίπεδο της μικροδομής ενός κράματος που συνίσταται από τις δύο προαναφερθείσες φάσεις. Πιο συγκεκριμένα, σε φερριτοπερλιτικά κράματα χάλυβα που εκτίθενται σε διάβρωση, οι κόκκοι φερρίτη θα μπορούσαν να δράσουν ως άνοδοι παρέχοντας ηλεκτρόνια προς τις περιοχές του περλίτη (που θα δρούσαν ως κάθοδοι). Για την προσομοίωση της φερριτοπερλιτικής μικροδομής του ναυπηγικού χάλυβα AH36, χρησιμοποιήθηκε η μαθηματική διακριτοποίηση Voronoi tessellation. Τελικά η προκύπτουσα από την εφαρμογή του μοντέλου μικροδομή μετρήθηκε να αποκλίνει 0,36% από την πραγματική μικροδομή, ως προς τα ποσοστά της κάθε φάσης, και επομένως θεωρήθηκε επαρκώς αποδεκτή. Όσον αφορά την ηλεκτροχημική συμπεριφορά, συγκρίνοντας τη μοντελοποιημένη με την αντίστοιχη των πειραματικών καμπυλών πόλωσης, προέκυψαν μικρές αποκλίσεις. Το ίδιο συμπέρασμα προέκυψε για τις παραμέτρους Ecorr και icorr για τις οποίες, παρομοίως, υπολογίστηκαν κοντινές τιμές. Η πρόβλεψη της διάλυσης του μετάλλου, μέσω του μοντέλου που αναπτύχθηκε, δείχνει ότι ο ηλεκτρολύτης διεισδύει έναντι του μετάλλου κυρίως στις περιοχές του φερρίτη, υποδηλώνοντας τη διάλυση των αντίστοιχων μεταλλικών φάσεων. Η συμφωνία μεταξύ των καμπυλών δυναμικού – ρεύματος του μοντέλου με τις αντίστοιχες πειραματικές, σε συνδυασμό με τη συμφωνία των λαμβανομένων παραμέτρων Ecorr και icorr , απέδειξε ότι η υπόθεση της εξάρτησης της ηλεκτροχημικής συμπεριφοράς του ναυπηγικού χάλυβα AH36 φερριτοπερλιτικής μικροδομής, από την ηλεκτροχημική συμπεριφορά των συστατικών μερών του, είναι έγκυρη, εφόσον μάλιστα υποστηρίχθηκε και από επαρκώς ακριβή προσομοίωση της μικροδομής του.	el
heal.advisorName	Παντελής, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τσούβαλης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Παντελής, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλάκος, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θαλάσσιων Κατασκευών. Εργαστήριο Ναυπηγικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	162 σ.
heal.fullTextAvailability	true