基于CALPHAD方法的材料热力学建模

基于CALPHAD方法的材料热力学建模

热力学计算允许预测材料在热处理过程中的相形成，包括其制造过程和使用条件下的相形成。CALPHAD方法（CALculation of PHAse Diagrams）能够对二元和三元系统以外的应用相关材料进行建模，例如作为高温合金的Fe-Ni-Cr-Al-Y和作为高熵合金的Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr，以及在特定条件下（如化学成分和温度）对其热力学性质进行计算机辅助模拟。

模拟既可以在热力学平衡条件下（如热处理）进行，也可以针对快速固化的工艺（如基于光束的增材制造或熔体纺丝）进行。

使用的软件是Thermo-Calc，带有相关材料系统的数据库，例如轻质合金、高温合金、钢材、创新高熵合金和用于氢储存的金属氢化物。

Fraunhofer IFAM Dresden在实验验证模拟结果方面具有广泛的能力和专业知识，例如热分析、热处理、金相学、扫描电子显微镜和工艺分析。

Fe-Ni-Cr-Al合金中Ni含量变化的模拟相图。

应用实例

• 计算热处理过程中的熔化和转变温度
• 在材料开发和优化过程中预测材料密度
• 模拟沉淀相的体积含量，作为硬化过程和应用优化强度特性的基础

客户收益

• 通过最小化实验工作量缩短开发时间和成本
• 通过推导最优参数（例如尽可能低的热处理温度）优化制造过程/链，从而实现高经济效益
• 促进对生产过程中材料结构变化及其性能变化的理解
• 允许预测材料与环境介质的相互作用，从而评估其在预期制造和应用条件下的适用性

发表论文

P. Hannappel, E. Alvares, F. Heubner, C. Pistidda, P. Jerabek, T. Weißgärber
热力学评估Ce-H和CeNi5-H系统
CALPHAD: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry 85, 2024, 102701