JMatPro镍铁基超合金模块介绍

面心立方（FCC）
体心立方（BCC） 堆垛顺序发生差错 密排六方（HCP）
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参数设置界面
需要计算的温度上限 也是计算该温度下的 相组成
选择参与计算的相
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计算结果
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还给出了热力学函数变化曲线
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一.热力学计算—2.Step Concentration
固定温度
选择一种合金 元素平衡元素
选择平衡元素
除了成分变化以外的 合金元素全为平衡元 素
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P xi Pi 0 xi x j ( ijv ( xi x 来自百度文库 )v )
i i j i v
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三.热物性能计算—3. Stacking Fault Energy
堆垛层错：实际晶体中，晶面堆垛顺序发生局部差错而产生的一种晶体缺陷
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镍铁合金的强化机制
• 固溶强化
加入与基体金属原子尺寸不同的元素与镍形成固溶体������（GA������������������相），引起晶格畸变
对于铁镍基合金，主要的固溶元素是Cr，Mo，W
• 沉淀强化
通过时效处理，从过饱和固溶体中第二相弥散的分布在组织中，提高强度 在NiFe合金中加入Ti，Al，Nb等元素，在时效过程可以形成������′相，是A3B型化合物，代 表类型为（Ni3（Al，Ti））。������′相的强化可通过以下途径：①增加������′相数量 ②使������′相与基体 相有适当的错配度，以获得共格畸变的强化效应
三.热物性能计算—4. Gamma/Gamma’相晶格错配度
晶格错配度：相邻两相界面上原子间距的相对差值 晶格错配度可表征镍铁基合金中������，������′两相共格界面的应变状态，是 影响合金中������′相筏形化速率及高温性能的重要因素
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二.凝固计算——1.Phases&Properties（相组成&材料性能计算）
凝固开始温度 凝固截止点
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计算结果
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二.凝固计算——2.Homogenisation（均匀化计算）
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③ 可伐合金（Kover合金）
含镍29%，钴17%的硬玻璃铁基封接合金，也称铁镍钴合金 特性：
在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃
能进行有效封接匹配，较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金 的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工 用途： 电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电 器外壳等
发动机控制器，断路器中热双金属片的被动层；人造卫星，激光等
发展：高强度，焊接性能好
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② 坡莫合金（permalloy）
具有很高的弱磁场导磁率的一类镍铁合金，其含镍量的范围很广，在 35％－90％之间 坡莫合金的分类及应用： (1)35%～40%Ni-Fe合金
参数设置界面
Heat treatment：在此 温度以下的相组成都 与该温度时的相组成 相同 Upper limit：设置最高 温度，对于高于Heat treatment温度的温度 下的相组成通过热力学 计算
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计算结果
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1 ������−1
形成固相中合金成分 ������������ = ������������0 1 − ������������
������−1
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凝固计算的理论基础
材料性能计算：
① 相组成计算（非平衡条件下） ② 基于每一相的合金成分计算该相的相关性能
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主要几类镍铁合金
① 因瓦合金 膨胀性本质：在一定的温度范围内的热膨胀形状由低膨胀转变为高 膨胀的两部分组成 热 膨 胀 性 T 一般合金 因瓦合金 热 膨 胀 性
居里点 T
用途：测量仪的薄带和细丝以及座钟钟摆；代替铂作为封装玻璃的引丝；
三.热物性能计算—1.Dynamic
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热力学计算
载入已经计算好的结果
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计算结果
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三.热物性能计算—2. Extended General
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Heat treatment：在此 温度以下的相组成都 与该温度时的相组成 相同
③ Single：固定温度和合金成分的相组成图
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热力学计算的理论基础（CALPHAD 技术）
根据热力学原理，体系在恒温恒压达到平衡的一般条件： （1）体系的总吉布斯自由能G达到最小值Gmin （2）组元i在各相中的化学势相等，即有
每一相的摩尔 吉布斯自由能：
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镍铁合金模块功能介绍、演示
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一.热力学计算—平衡相图绘制
热力学计算
① Step Temperature：温度—相组成图
② Step Concentration & Profile：合金成分—相组成图
显示不同形式的图
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二.凝固计算
凝固计算，模拟铸造过程
计算凝固过程中相组织结构， 热物性能以及冷却曲线
均匀化热处理计算
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凝固计算的理论基础
Scheil-Gulliver 模型 前提假设： ① 固相中的溶质扩散可以被忽略 ② 液相中的溶质扩散非常快，以至于扩散完全 计算公式： 形成固相所占分数 ������������ − ������ ������������ = 1 − ������������ − ������������
P xi Pi 0 xi x j ( ijv ( xi x j )v )
i i j i v
③ 根据材料的相组成及每个相的性能利用混合定律计算出材料的整体性能
P x P x P PIII Fs t
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P xi Pi 0 xi x j ( ijv ( xi x j )v )
i i j i v
③ 根据材料的相组成及每个相的性能利用混合定律计算出材料的整体性能
P x P x P PIII Fs t
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均匀化温度 二次枝晶壁间距
均匀化时间
将均匀化时间等分分数
选择需要均匀化的元素
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计算结果
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三.热物性能计算
热物性能计算
平衡相组织结构
① Extended General 热物性能的计算
Upper limit：设置最高 温度，对于高于Heat treatment温度的温度 下的相组成通过热力学 计算
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计算结果
在指定温度以下， 即使相组成相同，但是由于 相组成完全相同 不同温度下纯组元的性能不 同，造成材料整体性能不同
Gm
X G
i i
0 i
RT X i ln X i X i X j v ( X i X j ) v
i i j v
纯组元的吉 布斯自由能 之和
理想混合熵引 起的自由能增 加
偏离理想溶液引 起的超额自由能
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② Dynmic
③ Stacking Fault Energy：堆垛层错能计算 ④ Gamma/Gamma’相晶格错配度的计算
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热物性能计算的理论基础
材料性能计算： ① 相组成计算（平衡条件下） ② 基于每一相的合金成分计算该相的相关性能
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镍铁基合金背景知识介绍
• 镍铁合金：主要合金元素为Ni和Fe，同时还
含有Cr、Si、S、P、C等元素 • 镍：具有磁性，在合金中添加镍可增强合 金的抗腐蚀性能，约2/3的镍用于不锈 钢的生产；是奥氏体形成元素，可改 善钢的可塑性，可焊性，韧性等 • 含镍量分为：FeNi20（Ni 15％～25％）、 FeNi30（Ni 25％～35％）、FeNi40（Ni 35 ％～45％）和FeNi50（Ni 45％～60％）
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一.热力学计算—4.Signal
Singal：计算同时固定温度和合金成分时的相组成
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计算结果
金属和合金在浇入铸型后，由于冷却速度较快，在凝固时都存在枝晶偏析 枝晶偏析：固溶体晶体呈树枝状，枝干与枝间的化学成分不同 均匀化热处理：将铸件加热到低于固相线100-200℃的温度，保温较长时间
使偏析元素充分扩散，以达到成分均匀化 二次枝晶壁间距
枝间 枝 干
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计算结果
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一.热力学计算—3.Profile
多种合金成分同 Profile：计算固定温度时的合金成分变化—相组成图 时变化时
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确定计算步长
指定多种合金 成分同时变化 除Ni以外，Ni 为平衡元素
磁晶各向异性K1随镍含量增加而减小，并且方形比Br/Bs也变小，显示出圆形
磁滞回线。
(2)45%～50%Ni-Fe合金
具有坡莫合金中最高的饱和磁化强度，具有高磁导率和低矫顽力
(3)50%～65%Ni-Fe合金
有最高的居里温度，饱和磁化强度也较高，磁场热处理效应特别明显，能产 生很强的感生磁各向异性
(4)70%～81%Ni-Fe合金
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一.热力学计算—1.Step temperature
温度设置 设置合金 成分
是否考虑所有 可能出现的稳 态相
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计算结果
合金成分一定 勾 选 择 需 要 显 示 的 相
查看某一合金元素 在各相中随温度的 查看某一相中合金 变化 元素随温度的变化
JMatPro镍铁基超合金模块介绍
中仿科技 施翀 （Joy） 2011年12月
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镍铁基合金背景知识介绍
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镍铁基合金模块功能介绍、演示
热力学计算 凝固计算 热物性能计算 机械性能计算 相转变计算
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