Como todos sabemos, los diagramas de fase se pueden probar experimentalmente. Sin embargo, los diagramas de fase experimentales requieren mucha mano de obra y recursos materiales. En las condiciones de alta temperatura, alta presión y gases corrosivos involucrados en la reacción, también enfrentarán dificultades en el control de la composición, la selección del recipiente y la medición de alta temperatura, y la determinación experimental siempre es limitada, unilateral, incapaz de hacer una comprensión completa e integral del diagrama de fase y las propiedades termodinámicas del sistema. Figura 1: Diagrama de fase de Fe-C Luego, el cálculo del diagrama de fase es una solución conveniente. Calculó el equilibrio de fase del sistema utilizando principios termodinámicos y trazó el diagrama de fase. Después de introducir el cálculo del diagrama de fase, solo los datos termodinámicos de algunas regiones clave y algunas fases clave del diagrama de fase del sistema pueden medirse experimentalmente para optimice los parámetros del modelo de energía libre de Gibbs, y todo el diagrama de fase se puede extrapolar para construir el sistema. Diagrama de fase completo de la base de datos termodinámica. Como resultado, la carga de trabajo del estudio del diagrama de fase se reduce enormemente y es posible evitar posibles dificultades experimentales. En términos simples, los cálculos del diagrama de fase pueden tener 6 ventajas o significados importantes (1) Se puede utilizar para distinguir la fase real los datos del diagrama y los datos termoquímicos en sí y su consistencia, a fin de hacer una evaluación razonable de los diferentes resultados experimentales obtenidos y proporcionar a los usuarios información precisa y confiable del diagrama de fase; (2) La parte metaestable del diagrama de fase se puede extrapolar y predecir obtener un diagrama de fase metaestable; (3) Puede extrapolar y predecir diagramas de múltiples fases, calcular el equilibrio de múltiples fases y proporcionar una referencia para el diseño de materiales reales y tecnología de procesamiento; (4) Al calcular la curva de energía libre de Gibbs, el se puede predecir el rango de componentes de la transición de fase libre de difusión; (5) Puede proporcionar información importante como la fuerza impulsora del cambio de fase y la actividad requerida para la investigación de la cinética de transición de fase; (6) Es conveniente obtener varios diagramas de fase con diferentes variables termodinámicas como coordenadas para el estudio y control de la preparación del material y los procesos de uso en diferentes condiciones. Entonces, ¿por qué podemos obtener el diagrama de fase calculando el Diagrama de fase: la esencia del cálculo del diagrama de fase es establecer los modelos termodinámicos de cada fase de acuerdo con la estructura cristalina, el orden magnético y la transición del orden químico de cada fase en el sistema objetivo, y construir la expresión de energía libre de Gibbs de cada fase de estos modelos. Finalmente, el diagrama de fase se calcula por la condición de equilibrio. Entre ellos, los parámetros indeterminados en cada modelo termodinámico de fase se obtienen en base al balance de fase y los datos de propiedades termodinámicas reportados en la literatura y optimizados por medio del software de cálculo de diagrama de fase. En base a los parámetros termodinámicos obtenidos de los sistemas de componentes bajos (generalmente sistemas binarios y ternarios), el diagrama de fase y la información termodinámica del sistema multicomponente se pueden obtener por extrapolación o agregando un pequeño número de parámetros multivariados. En general, controlamos la temperatura , presión y composición durante el procesamiento del material. Por lo tanto, elegimos la energía libre de Gibbs como función modelo en el cálculo del diagrama de fase. Para un sistema con cierto material pero intercambio de energía con el mundo exterior (sistema cerrado), el proceso de temperatura y presión constantes siempre está en la dirección de reducción de energía libre de Gibbs, y la energía libre total de Gibbs del sistema es la más baja en equilibrio. Las posiciones químicas de los elementos constituyentes en las fases son iguales. Si conocemos la curva de composición de energía libre a todas las temperaturas, podemos calcular el diagrama de fase encontrando la energía libre mínima o el bit químico de solución equivalente. Para calcular el diagrama de fase, necesitamos conocer la parte metaestable de la curva de energía libre , la energía libre de la configuración metaestable del elemento puro y el punto de transición de fase metaestable. La optimización del diagrama de fase y el proceso de cálculo pueden dividirse simplemente en cinco pasos: (1) Recolección y evaluación de datos experimentales. El propósito de la evaluación es juzgar la precisión de los datos experimentales con base en los métodos experimentales utilizados por los autores, y seleccionar datos experimentales que sean consistentes con los principios termodinámicos y sean relativamente más razonables. (2) Selección del modelo de energía libre. De acuerdo con la estructura de la fase, se selecciona un modelo razonable y se puede verificar extrapolando el sistema multivariado. (3) Usando los diagramas de fase medidos y los datos termoquímicos para optimizar los parámetros indeterminados en la expresión de energía libre de Gibbs; luego use el algoritmo apropiado y el programa de computadora correspondiente para calcular el diagrama de fase en la computadora de acuerdo con las condiciones de equilibrio de fase. (4) Comparación y análisis de resultados de cálculo y datos experimentales. Si hay una gran diferencia entre los dos, ajuste los parámetros a determinar o vuelva a seleccionar el modelo termodinámico, y luego realice un cálculo de optimización hasta que los resultados del cálculo sean consistentes con la mayoría de los datos del diagrama de fase y los datos termoquímicos dentro del rango de error experimental. (5) Después de la optimización, todos los diagramas de fase y los datos termodinámicos se conectan mediante un modelo termodinámico en un todo autoconsistente, y finalmente se almacenan en un parámetro del modelo para formar una base de datos termodinámica de diagrama de fase. Ahora, hay un sofisticado software de cálculo de diagramas de fase. que puede realizar cálculos de diagrama de fase. El software de cálculo de diagrama de fases es esencialmente una combinación de modelos termodinámicos y principios computacionales con cálculos numéricos a gran escala y potentes funciones de procesamiento por computadora. No solo puede lograr cálculos de equilibrio multivariados y multifásicos, sino que también ofrece diversas formas de diagramas de fase estables y metaestables. Se pueden obtener otros parámetros que están estrechamente relacionados con la preparación y el uso del material. Las funciones y características principales del software de cálculo termodinámico de diagrama de fase comúnmente utilizado (Thermo-Calc, Fact Sage, Pandat, Jmatpro) son las siguientes. Aquí hay una breve lista de sus características respectivas1, el software Thermo-Calc El software Thermo-Calc se ha convertido en un sistema de datos completo, una función potente y un sistema de cálculo estructural relativamente completo. Es un software de cálculo termodinámico que goza de una buena reputación en el mundo. El software Thermo-Calc permite cálculos de equilibrio de fase (como temperatura de liquidus y solidus, composición y proporción de cada fase, etc.), cálculos de diagrama de fase y cálculos termodinámicos. Los datos termodinámicos también se pueden tabular y calcular. La función termodinámica de los cambios de reacción y la fuerza impulsora, el equilibrio de fases del sistema químico de evaluación y la transición de fase, y los diversos diagramas de fase se dibujan mediante un programa de dibujo automático.2, el software Fact Sage El software Fact Sage es una combinación de ChemSage / SOLGA-SMIX dos paquetes de software termoquímicos. Tiene las ventajas de un rico contenido de base de datos, potentes funciones informáticas y una fácil operación bajo la plataforma Windows. Además del cálculo de balance multifásico multivariante, el software Fact Sage también puede calcular y dibujar diagramas de fase, mapas de áreas dominantes, diagramas de pH potencial, termodinámica optimización y procesamiento de mapeo. Las aplicaciones de software de Fage Sage incluyen ciencia de materiales, pirometalurgia, hidrometalurgia, electrometalurgia, corrosión, industria del vidrio, combustión, cerámica, geología, etc. La base de datos Fact Sage 5.5 incluye: (1) una base de datos de sustancias puras que contiene 4.517 compuestos; (2) Base de datos de óxidos que contiene 20 elementos; (3) Datos de sales fundidas que contienen 20 cationes y 8 aniones (4) Base de datos integral que contiene sistemas de aleaciones comunes como Pb, Sn, Fe, Cu, Zn, etc. (5) Específico bases de datos para procesos industriales específicos como el aluminio electrolítico, la industria del papel y el silicio de alta pureza. Además, Fact Sage también puede usar otros datos internacionales conocidos bases como SGTE, y proporcionan a los usuarios la capacidad de crear bases de datos privadas.3, el software Pandat La mayor ventaja del paquete Pandat es que incluso si la función de energía libre tiene múltiples puntos más bajos dentro de un cierto rango de componentes, usuarios que no tienen La experiencia de cálculo del diagrama de fase y las habilidades de cálculo pueden funcionar sin establecer valores iniciales. Utilizando el software Pandat, también puede buscar automáticamente el equilibrio estable de los sistemas multifase multifase. Las características principales del software Pandat incluyen la informática, la edición y las funciones avanzadas. La función de cálculo abarca principalmente: (1) Cálculo del diagrama de fase: Cálculo de la fase binaria, diagramas de fase de equilibrio ternario y multicomponente (sección isotérmica, sección equivalente, sección definida por el usuario); (2) Cálculo de liquidus: el liquidus (punto de fusión ) y la fase primaria precipitada se puede calcular automáticamente, y se puede dibujar la isoterma. (3) Cálculo de solidificación: la información de salida incluye la curva de fracción sólida, densidad, calor específico, entalpía, etc., en función de la temperatura; (4) Optimización del diagrama de fase: se utiliza para evaluar una serie de diagramas de fase y datos termoquímicos, y para obtener parámetros del modelo termodinámico que se pueden manipular en la interfaz de Windows para optimizar los diagramas de fase. Las características principales del software Pandat son: interfaz de operación amigable, fácil de aprender y use; resultado de cálculo estable y confiable; no es necesario que el usuario ingrese el valor inicial y el valor estimado; el software encuentra automáticamente puntos de equilibrio; admite bases de datos definidas por el usuario y calcula varios diagramas de fase y termodinámica. Proporciona una plataforma informática poderosa. Figura 2: Los componentes del software PanGUI4, Jmatpro JMatPro se basan en modelos termodinámicos potentes y estables y datos termodinámicos como la tecnología central y el cálculo. Todos los modelos físicos han sido ampliamente validados para garantizar la precisión de los cálculos de rendimiento del material. La velocidad de cálculo de JMatPro es muy rápida, generalmente se puede completar en un minuto. La ventaja más inmediata de los cálculos rápidos es que los usuarios pueden experimentar rápidamente con sus propias fórmulas de material y completar los cálculos deseados en su propia computadora. Las características principales incluyen: (1) Cálculos de diagrama de fase estable y metaestable. El usuario puede calcular planos de componentes, como diagramas de fase de sistemas de múltiples aleaciones, y también puede calcular diagramas de fase de aleaciones multicomponentes que cambian con la temperatura o varían con la composición. (2) Cálculo de las propiedades físicas: utilizado para la simulación CAE de materiales. Se puede calcular la relación entre las propiedades del material y la temperatura. Los datos de rendimiento para cada fase en la aleación también se pueden calcular al mismo tiempo y se puede calcular el diagrama de fase en el proceso de solidificación. (3) Propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas del material se pueden calcular a temperatura ambiente y en condiciones de alta temperatura. (4) Cálculo de cambio de fase: transformación martensítica, ciclo térmico de soldadura de acero y cálculo de laminado en caliente de múltiples pasadas, curva TTT / CCT, etc.
Fuente: Meeyou Carbide

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