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鋼、鑄鐵等金屬材料加熱到高溫或從高溫冷卻時,材料可能會發生冶金相變。“金屬處理模組”是COMSOL Multiphysics ®模擬軟體的一個附加產品,可以用於分析冶金相變對材料力學性能和熱性能的影響,模擬主動(如鋼淬火和滲碳)或被動(如增材製造和焊接)引入的冶金相變過程,其內置的多物理場耦合功能可以幫助您優化材料的相組成,以提升金屬零件的性能。

鋼淬火

鋼淬火是一種熱處理工藝,通過使已經加熱到完全奧氏體狀態的鋼件快速冷卻來實現。由於涉及奧氏體分解、熱傳和結構分析,是一個多物理場耦合問題。針對這一特熱處理工藝,“金屬處理模組”提供了專用的特徵和功能。

基於分析結果,您可以檢查相組成,並考察冷卻速率在零件淬火過程中對最終變形和殘餘應力的影響。通過這些結果,您還可以分析和比較不同的淬火介質,以及零件的物理幾何結構對相組成的影響。


滲碳

滲碳是對鋼構件進行加熱後,將其暴露在富碳(例如一氧化碳)環境中的一種處理工藝。碳通過邊界從周圍環境擴散到材料中,這是一個瞬態擴散過程。對滲碳過程進行分析有助於理解並確保該過程的正確執行。滲碳後淬火可以在部件表面產生壓應力,這有助於降低疲勞風險。


金屬處理模組的特徵和功能

在三維、二維和二維軸對稱體中對冶金相變及相關現象進行建模


金屬相變

金屬相變 介面用於研究鋼等材料在加熱或冷卻過程中發生的冶金相變。您可以使用金相 特徵來定義初始相分數和材料屬性;以及使用相變 特徵來定義源相、目標相和相變模型。

本模組提供兩種相變模型用於分析擴散控制的相變(例如奧氏體分解為鐵素體時的相變):Leblond-DevauxJohnson-Mehl-Avrami-KolmogorovJMAK)。此外,還提供Koistinen-Marburger模型用於模擬位移型(無擴散)馬氏體相變。

奧氏體分解

奧氏體分解 介面是金屬相變 介面的專用版本,用於模擬鋼從奧氏體狀態快速冷卻過程中的奧氏體分解,其中自動包含金相(奧氏體、鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體)以及淬火過程中可能發生的相變。


相變熱傳

相變熱傳 多物理場介面可用於模擬熱負載過程中的冶金相變。“金屬處理模組”採用完整的熱方程進行分析,可以對熱傳進行建模。軟體會自動建立多物理場耦合來分析潛熱。導熱係數、密度和比熱容可以與溫度相關,甚至還可以取決於當前的相組成。舉例來說,奧氏體的導熱係數與鐵素體的不同,隨著相分數的變化,複合材料的導熱係數也會發生改變。

鋼淬火

預定義的鋼淬火 多物理場介面可用於自動設置鋼淬火模擬,其中添加了奧氏體分解 介面以及固體力學 和固體熱傳 介面。軟體會自動建立多物理場耦合,以分析各個金相的相變應變和潛熱。

與“非線性結構材料模組”結合使用時,“金屬處理模組”可用於詳細計算淬火過程中的應力和應變,其中包含各個金相的塑性應變,塑性恢復選項和非線性加權方案可用於對複合材料的有效初始屈服應力進行建模。該模組使用體積參考溫度和熱膨脹係數來計算各相的熱應變張量,當材料的非彈性應變源自低於屈服應力的應力,並且不會引起經典塑性意義上的塑性流動時,還可以分析相變誘導塑性(TRIP)效應。


滲碳

滲碳 介面用於模擬熱處理過程中的滲碳過程。您可以使用該介面來定義周圍環境中的碳濃度,指定碳在表面上的移動方式,並定義碳在部件內的擴散方式。

相和復合材料屬性

金屬相變 和奧氏體分解 介面可以根據各個金相的材料屬性來計算有效材料屬性。這些有效屬性可以被其他介面直接使用,如固體熱傳 和固體力學 介面。您可以為每個金相單獨定義材料屬性,並可以選擇從JMatPro ®軟體導入它們。

除了對鋼的相變建模以外,您還可以對鈦合金等常用於增材製造的金屬進行建模,您可以自由定義自己的相變模型。


校準相變模型

您在定義自己的相變模型用於模擬時,可能需要對給定的相變進行實驗校準。為了方便根據實驗數據進行校準,您可以計算常見的相變圖,例如連續冷卻轉變(CCT)圖和時間-溫度轉變(TTT)圖。請注意,根據TTT 數據進行校準時需要使用優化模組。


使用金屬處理模組擴展建模功能

與產品庫中的其他產品一樣,當您將“金屬處理模組”添加到COMSOL Multiphysics ®以後,其中的特徵和功能可以完全集成到建模工作流程中,並支持與您可能擁有的任何其他模組一起使用。例如,您可以將“金屬處理模組”與以下模組結合使用:

.非線性結構材料模組,以便詳細研究淬火模擬中的殘餘應力和應變。

.熱傳模組,從而與熱輻射效應(可能與淬火情況相關)相結合。

AC/DC 模組,以執行感應淬火模擬,並在此過程中使用感應加熱模擬計算的溫度場作為淬火模擬的輸入。


軟體展示需求

每一間公司對於模擬的需求不盡相同,為了能有效地評估COMSOL MultiphysicsR軟體是否能符合您的需求,請您與我們聯繫!

我們的業務與技術人員將根據您的需求,提供您完整的案例並協助您進行評估,以選擇最適合您的模組。

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