ThermoCalc系统在材料科学中的应用 .docVIP

Thermo-Calc系统在材料科学中的应用 在近十年内，计算机模拟在材料科学与技术中的应用对于材料设计的定量化产生了革命性的影响各种热力学和动力学模型的组合使得预测材料加工过程中材料的成份、结构及性质成为了可能。一个通用的热力学/动力学数据库必将为多个传统上认为是不同的领域提供高品质的内部一致的数据现有的Thermo-Calc 和DICTRA 数据库系统是一套强大且精细的软件系统，简单易学同时可以用于计算各种热化学计算以及一些类型的动力学模拟。Thermo-Calc系统是由瑞典皇家工学院材料科学与工程系为主开发，它包括了欧共体热化学科学组(SGTE)共同研制的物质和溶液数据库、热力学计算系统(Thermo-Calc)和热力学评估系统(Top)。 Thermo-Calc有Windows版(TCW)和DOS版(TCC)两种版本,均包含有SGTE纯物质数据库、 SGTE溶液数据库、 FEBASE铁基合金数据库等多个数据库，还包括了600多个子程序模块。Thermo-Calc系统是建立于强大的Gibbs能最小化基础之上仅有的计算在一个非常复杂的多元不均匀系中有多于5个独立变量的任意相图断面的软件，也有计算很多其它类型图的工具，如CVD沉积、Scheil-Gulliver凝固模拟、Pourbaix图、气体分压等。Thermo-Calc由多个功能模块组成,各模块间的关系如图所示。 各模块的功能如下: SYS:系统模块。用于ThermoCal软件各模块的交互转换、宏文件操作等。 PARROT:参数优化模块。根据已有的实验结果或文献数据，建立统一的热力学模型及参数。 ED_EXP:PARROT的子模块。用于编辑实验数据。 TDB:热力学数据库模块。 GES:吉布斯能量系统模块。用于热力学模型、数据的处理。除非使用者能提供新的热力学数据，否则不会用到此模块。 TAB:制表模块。用于热力学数据的表格输出。 POLY:平衡态计算模块。 POST:输出图形后处理模块。 采用TCC进行计算（以钢铁材料为例）可大致分成以下四个步骤进行，计算分属于三个模块,如下所示： (1)TDB_TCFE5模块 进入钢的数据库，并定义系统。在此要列出钢中合金元素的种类,然后调用跟此合金系统相关的热力学数据。 (2)POLY模块 1)给定初始平衡点,计算平衡。TCC的计算均要从某一单个的平衡点计算开始在此步骤要人工给出一个平衡点，设定元素含量、压力、温度、体系摩尔数等参数，使体系自由度等于零，TCC会计算该平衡点处的所有热力学参数，如各相分数、各相自由能、各元素化学势等。 2)释放一个或两个自由度，并给出各自由度的变化范围和变化步长，计算在此范围内的所有热力学参数。计算可分为“点、线、面”等多种方式。比如,释放温度,变化范围为500℃~2000℃，步长30℃。TCC会计算在此温度范围内每隔30℃各点的所有平衡态热力学参数,即“线”式计算(step)。或者让温度和某一元素的化学成份同时变化,TCC会计算温度每步进一次,在该温度点处不同化学成份时的平衡态热力学参数,即“面”式计算(map)。也可只计算某一个点 ,比如钢中A3温度的计算：在步骤2的基础上,将铁素体bcc相的含量设定为0,使体系自由度减少，然后释放一个温度(t)自由度，TCC会自动寻找bcc=0时的平衡点，并得到该点的包括温度在内的所有热力学数据。 (3)POST模块 图形后处理。在步骤3中,根据step或map计算,已得到设定参数变化范围内的各种平衡态热力学数据，此时可根据需要输出所关心的数据,即根据步骤3的计算结果绘制图形,并对图形进行编辑。 Thermo-Calc应用实例如下： 例1：计算Fe-0.3%C-1.0%Mn-0.6%Cr的A3温度。 命令行如下: godata[进入数据库,系统默认为钢的数据库TDB_TCFE。] Define-systemfecmncr[定义系统,为Fe-C-Mn-Cr四元系。最多可定义7个元素。] get[调用该合金系相关的热力学数据库。] [-------以上步骤1-------] gop3[进入POLY模块] Set-conditionn=1p=101325t=1000w(c)=0.003w(mn)=0.01w(cr)=0.006[设定初始平衡点] list-condition[列出系统状态。自由度应显示为零。] compute-equilibrium[计算平衡。] list-equilibrium[显示平衡。列出该平衡点处的各种热力学数据。] [-------以上步骤2-------] Change-statusphasebcc=fix0;[设定BCC相的质量分数为零,此时系统自由度减少1] Set-conditiont=none[释放温度自由度,