材料科学与行为工艺的计算机模拟 ppt课件

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1、计算机在材料科学与工程中的应用第3章材料科学与行为工艺的计算机模拟王建刚本章要点3.1组织转变的计算机模拟3.4计算机模拟在材料科学中的应用3.2计算机相平衡计算方法3.3相图计算发展和软件介绍计算机在材料科学与工程中的应用计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn3.1组织转变的计算机模拟70’s，计算机模拟技术开展，使材料的组织转变数值模拟提到日程上来，TTT曲线和CCT曲线为组织转变提供了两种不同的模拟途径。TTT(Time-Tempera

2、ture-Transformation)曲线：钢在快速冷却至不同温度下等温停留过程中组织转变情况，显示不同温度下转变特征。CCT(ContinuousCoolingTransformation)曲线：钢在不同冷却速度下的连续冷却过程的组织转变情况。一、TTT和CCT曲线计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn1.CCT曲线特点1)钢的转变产物，如铁素体(F)、珠光体(P)、贝氏体(B)和马氏体(M)；2)转变产物的临界冷速；3)各种组织转变开始

3、与终了时间、温度及转变量。二、采用CCT曲线模拟亚共析钢的CCT曲线示意图计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn3.1组织转变的计算机模拟1）组织转变量与温度成线性关系2）组织转变量与时间的对数成线性关系式中τs，τf分别为转变开始、终了时间；τi为实际冷却瞬时时间式中V0为组织的最大转变量；Ts，Tf分别为转变开始、终了温度；Ti为实际冷却瞬时温度。2.真实冷却转变过程计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http:/

4、/www.whut.edu.cn采用分段平均冷速代替瞬时冷速，分两段：第一段将材料临界点温度作为起始点；第二段将转变开始温度作为起始点。模拟计算过程如下：1)计算瞬时冷却速度2)计算第二段瞬时冷却速度。采用分段计算平均冷速代替瞬时冷速示意图第一段计算起始点第二段计算起始点3.模拟计算要点vi=Ac1-Tiτi-τ0vi=Ts-Tiτi-τs3)计算转变终了温度及最大转变量4)计算马氏体转变量计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn三、采用(TT

5、T)曲线模拟1.等温转变(TTT)曲线测在各温度等温转变动力学曲线。取f=0.05的时间τ0.05为转变开始时间，取f=0.95的时间τ0.95为转变终了时间。即得TTT图。等温转变动力学曲线TTT曲线计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn6.1组织转变的计算机模拟2.等温转变过程的数学模型如形核率及生长速度不为常数，而是随时间改变，则有Avrami方程：式中f为转变体积分数，τ为等温时间，系数b和n为与材料本性、工艺过程有关的常数，取决于I

6、(形核率)和G(生长速率)。若等温转变为扩散型转变，Johnson-Mehl模型式中，I为形核率，G为生长速度。若等温转变为非扩散型转变，转变量与温度的关系可表示为：计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn四、模拟程序设计1.按CCT模拟程序设计计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn2.用TTT模拟连续冷却程序设计fi+1为Ti+1温度下保持时刻的转变量。计算过程：确定时间步长、

7、冷却开始时间和转变终了温度。计算不同时刻的温度，马氏体转变量。计算孕育率，计算等温转变量。计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn五、现状和发展1.采用CCT或TTT曲线模拟计算得到与实测值相吻合；2.研究材料晶粒度和应力等因素对组织模拟的影响；3.从解传热与传质（扩散）方程出发，借助计算机求冷却曲线等。计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn3.2相平衡计算方法-相图计算人类测定

8、相图的历史已有百余年，经测定并且经审定所汇编的二元相图有四千余个。有当一部分二元相图未完全测定。三元系相图的测定主要还只是测定了一些相图的恒温截面,有的甚至还是局部成分范围的恒温截面。随着计算机发展，计算相图迅速的发展。采用理想溶液和规则溶液模型计算相图。测定相图与计算相图计算机在材料科学与工程中的应用第六章材料工艺工程的计算机模拟http://www.whut.edu.cn一、热力学模型1.热力学基本概念体系在