引入金属加工模块

2019年12月9日

ComsolMultiphysics®版本5.5的发布包括用于研究淬火和渗碳等热处理过程的金属加工模块。该模块在钢和铸铁等材料中包括模型相变和相关现象的功能和功能。它可以与结构力学和传热模块结合使用，以便在热处理过程中计算残余应力和组件中的变形。在此博客文章中了解金属加工模块。

什么是相变？

当像钢一样的铁合金在一定温度以上加热时，它会变成γ相铁，也称为奥氏体。在碳钢中，这种冶金相存在于约730°C的温度以上，其中材料仍处于固态。在冷却时，奥氏体分解为不同晶体结构的阶段，重要的是不同的机械性能。相位的确切混合物或相组成，将取决于冷却速率和合金的化学成分。如果冷却速度足够高，则很难马氏体将形成，并以较低的冷却速率形成较软的阶段铁矿和珠光体可能形成。

在制造钢组件的过程中，以控制方式使用加热和冷却来获得所需的机械性能。例如，在汽车行业中，对车轴，齿轮，曲轴和凸轮轴等组件进行热处理以获得硬耐用的表面，同时保持相对较软的内部。在剑工中可以发现较旧的热处理应用。日本卡塔纳（Katana）是一个彻底谨慎的例子。这个想法是生产一把具有锋利和坚硬边缘的剑，以及弹性的脊柱。它是通过在淬火过程中绝缘除边缘以外的所有边缘以限制内部冷却速率的方法来完成的，该冷却速率会产生坚硬的马氏体边缘和柔软的珠光体内部 - 一种称为的过程差异。

一张三个17世纪日本卡塔纳斯（Katanas）的照片放在床单上。
17世纪的日本卡塔纳斯（Katanas），其特征性的弯曲形状和单边刀片（伯尔尼历史博物馆）。拉玛的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 2.0 FR，通过Wikimedia Commons。

金属加工模块概述

金属加工模块带来了两个新的物理界面，金属相变和奥氏体分解，用于分析冶金相变。这两个接口都为模型扩散和位移相变提供了功能。

当与传热模块结合使用时，该模块提供了更复杂的传热功能，并能够计算有效的热材料特性以及相变的潜热和热辐射的效果。同样，通过将其与结构力学模块及其附加模块相结合，您可以计算残余应力，相变菌株和变形。金属加工模块界面还可以计算有效的机械材料特性和现象，例如转化诱导的可塑性（TRIP），并且可以包括热应变。

金属相变界面

这金属相变界面用于研究在加热或冷却期间钢等材料中发生的冶金相变。该界面提供了两个功能：冶金期和相变。

这冶金学相位特征用于定义：

初始相位分数
阶段的材料特性

这相变功能用于定义：

源阶段
目的地阶段
输入数据和设置定义目标阶段是如何以源阶段为代价的

在相变特征：

Leblond – Devaux模型
Johnson – Mehl – Avrami – Kolmogorov（JMAK）模型
Koistinen -Marburger模型

前两个模型适用于扩散对照相变的相变，例如奥氏体分解为铁氧体时。最后一个模型适合对位移（无扩散）马氏体相变模型进行建模。除这些模型外，您还可以定义自己的相变模型。ComsolMultiphysics®中的直观用户界面使您可以定义模型中的相位和相变。下图显示了相变特征。它使用基于扩散的Leblond – Devaux描述如何冶金期1转变为冶金阶段2。在这里，输入数据由温度依赖性功能组成func1和func2。

使用Leblond -Devaux模型的相变的设置，冶金期1和冶金阶段2作为源和目的地阶段。