Металлургия

Фазовые превращения в металле

Интерфейс Metal Phase Transformation используется для изучения фазовых превращений, возникающих в таких материалах, как сталь, в процессе нагрева или охлаждения. В узле Metallurgical phase вы можете задать изначальную долю фазы и свойства материала; в узле Phase transformation вы можете задать исходную фазу, конечную фазу и модель фазового перехода.

Для описания фазовых переходов, контролируемых диффузией, таких как распад аустенитной фазы до феррита, реализованы три типа моделей: модели Леблона-Дево, Джонсона — Мела — Аврами — Колмогорова (JMAK) и Киркалди-Венугополана. Для моделирования сдвиговых (бездиффузионных) мартенситных фазовых превращений в модуле представлена модель Койстинена — Марбургера. Модели фазового превращения могут быть заданы, к примеру, с помощью диаграммы изотермического превращения. При фазовом превращении данные для каждой модели задаются отдельно, кроме всего прочего, у вас есть возможность импортировать данные из программного обеспечения JMatPro^®. В дополнение к моделированию фазовых превращений в сталях, можно анализировать, например, титановый сплав, который часто используются в аддитивном производстве, а также можно задать свои собственные модели фазового перехода.

Распад аустенита

Интерфейс Austenite Decomposition представляет собой специализированную версию интерфейса Metal Phase Transformation и используется для моделирования распада аустенита во время быстрого охлаждения стали из аустенитного состояния. Интерфейс автоматически учитывает фазы — аустенит, феррит, перлит, бейнит и мартенсит, а также фазовые переходы, которые могут возникнуть в процессе закалки.

Цементация

Интерфейс Carburization используется для моделирования процесса цементации при термической обработке. Этот интерфейс позволяет задать концентрацию углерода в окружающей среде, определить способ проникновения углерода через поверхность и задать, как именно углерод распространяется внутри компонента.

Калибровка модели фазового перехода

Для описания собственной модели фазового перехода может появиться необходимость выполнения калибровки модели на основе экспериментальных данных. Для упрощения калибровки моделей по экспериментальным данным можно рассчитать, например, диаграммы превращения при непрерывном охлаждении (CCT) или диаграммы изотермического превращения (TTT). Обратите внимание, что для калибровки по данным диаграммам TTT необходим модуль «Оптимизация».

Теплопередача при фазовых превращениях

Мультифизический интерфейс Heat Transfer with Phase Transformations может быть использован для моделирования фазовых превращений при термической нагрузке. В модуле Металлургия представлены инструменты моделирования теплопередачи на основе решения полного уравнения сохранения энергии. Мультифизическая связь настроена таким образом, чтобы учесть скрытую теплоту. Можно учесть зависимость коэффициента теплопроводности, плотности и удельной теплоёмкости от температуры и даже от текущего фазового состава. Например, значения коэффициента теплопроводности аустенита и феррита отличаются, поэтому в процессе изменения фазового состава значение коэффициента теплопроводности многокомпонентного материала будет меняться.

Термическая обработка и закалка стали

Доступен мультифизический интерфейс Steel Quenching, который автоматически настраивает моделирование закалки стали. При этом добавляется интерфейс Austenite Decomposition, а также интерфейсы Solid Mechanics и Heat Transfer in Solids. Мультифизические связи автоматически настраиваются, чтобы учесть скрытую теплоту и деформации, обусловленные фазовыми переходами, для каждой отдельной фазы.

Модуль «Металлургия» в сочетании с модулем «Нелинейные материалы» можно использовать для детализированных расчётов напряжений и деформаций в процессе закалки. Учитываются пластические деформации каждой отдельной фазы, а для определения начального предела текучести многокомпонентного материала можно использовать опцию plastic recovery (восстановление пластического состояния) и нелинейную взвешенную схему. Для расчета тензора термической деформации каждой фазы используются референсное значение температуры и коэффициент объёмного термического расширения. Также можно учесть эффект наведённой пластичности (TRIP), в этом случае неупругая деформация материала обусловлена приложенными нагрузками, уровень которых не превышает предела текучести, и они не могут вызвать пластическое течение в рамках обычной теории пластичности.

Свойства многокомпонентного материала

С помощью интерфейсов Metal Phase Transformation и Austenite Decomposition можно вычислить эффективные свойства материала, основываясь на свойствах каждой отдельной фазы. Эти эффективные свойства могут использоваться в других интерфейсах, таких как Heat Transfer in Solids и Solid Mechanics. Свойства материала для каждой фазы задаются отдельно, кроме того у вас есть возможность импортировать их из программного обеспечения JMatPro^®.

Помимо моделирования фазовых превращений в сталях, вы можете моделировать такие материалы, как титановые сплавы, которые часто используются в аддитивном производстве, и можете свободно задавать свои собственные модели фазовых превращений.