Phép tính của sơ đồ pha

Như chúng ta đã biết, sơ đồ pha có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, các sơ đồ pha thí nghiệm đòi hỏi nhiều nhân lực và vật lực. Trong điều kiện nhiệt độ cao, áp suất cao, khí ăn mòn tham gia phản ứng cũng sẽ gặp khó khăn trong việc kiểm soát thành phần, lựa chọn bình chứa, đo nhiệt độ cao và việc xác định thực nghiệm luôn bị hạn chế, phiến diện, không thực hiện được. Hiểu biết đầy đủ và toàn diện về giản đồ pha và các đặc tính nhiệt động của hệ thống Hình 1: Giản đồ pha Fe-C Vì vậy, tính toán giản đồ pha là một giải pháp thuận tiện. Ông đã tính toán cân bằng pha của hệ thống bằng cách sử dụng các nguyên lý nhiệt động lực học và vẽ biểu đồ pha. tối ưu hóa các tham số của mô hình năng lượng tự do Gibbs, và toàn bộ sơ đồ pha có thể được ngoại suy để xây dựng hệ thống. Hoàn thành cơ sở dữ liệu nhiệt động giản đồ pha. Kết quả là, khối lượng công việc của nghiên cứu biểu đồ pha được giảm đáng kể và có thể tránh được những khó khăn thực nghiệm có thể xảy ra. dữ liệu sơ đồ và dữ liệu nhiệt hóa bản thân và tính nhất quán của chúng, để đánh giá hợp lý các kết quả thí nghiệm khác nhau thu được và cung cấp cho người dùng thông tin sơ đồ pha chính xác và đáng tin cậy; (2) Phần siêu bền của biểu đồ pha có thể được ngoại suy và dự đoán để có được biểu đồ pha siêu bền; (3) Nó có thể ngoại suy và dự đoán biểu đồ nhiều pha, tính toán cân bằng nhiều pha và cung cấp tài liệu tham khảo cho việc thiết kế vật liệu thực tế và công nghệ chế biến; (4) Bằng cách tính toán đường cong năng lượng tự do Gibbs, Phạm vi thành phần của quá trình chuyển pha không khuếch tán có thể được dự đoán; (5) Nó có thể cung cấp thông tin quan trọng như động lực thay đổi pha và hoạt động cần thiết Đối với nghiên cứu động học chuyển pha; (6) Thật tiện lợi khi có được các giản đồ pha khác nhau với các biến nhiệt động lực học khác nhau làm tọa độ cho việc nghiên cứu và điều khiển các quá trình chuẩn bị và sử dụng vật liệu trong các điều kiện khác nhau. Bản chất của phép tính giản đồ pha là thiết lập mô hình nhiệt động của mỗi pha theo cấu trúc tinh thể, thứ tự từ và sự chuyển đổi thứ tự hóa học của mỗi pha trong hệ đích và xây dựng biểu thức năng lượng tự do Gibbs của mỗi pha giai đoạn từ các mô hình này. Cuối cùng, giản đồ pha được tính toán theo điều kiện cân bằng. Trong số đó, các thông số chưa xác định trong mỗi mô hình nhiệt động lực học pha được thu được dựa trên cân bằng pha và dữ liệu đặc tính nhiệt động lực học được báo cáo trong tài liệu và được tối ưu hóa bằng phần mềm tính toán giản đồ pha. Dựa trên các thông số nhiệt động lực học thu được của các hệ thống thành phần thấp (nói chung là hệ nhị phân và bậc ba), biểu đồ pha và thông tin nhiệt động lực học của hệ đa thành phần có thể thu được bằng cách ngoại suy hoặc bằng cách thêm một số nhỏ các thông số đa biến. , áp suất và thành phần trong quá trình xử lý vật liệu. Do đó, ta chọn năng lượng tự do Gibbs làm hàm mô hình trong tính toán giản đồ pha. giảm năng lượng tự do Gibbs, và tổng năng lượng tự do Gibbs của hệ là thấp nhất ở trạng thái cân bằng. Vị trí hóa học của các nguyên tố cấu thành trong các pha là bằng nhau. Nếu chúng ta biết đường cong thành phần năng lượng tự do ở mọi nhiệt độ, chúng ta có thể tính giản đồ pha bằng cách tìm năng lượng tự do tối thiểu hoặc bit hóa học dung dịch tương đương. , năng lượng tự do của cấu hình siêu bền của nguyên tố tinh khiết và điểm chuyển pha siêu bền. Quá trình tính toán và tối ưu hóa giản đồ pha có thể được chia thành năm bước: (1) Thu thập và đánh giá dữ liệu thực nghiệm. Mục đích của việc đánh giá là đánh giá độ chính xác của dữ liệu thực nghiệm dựa trên các phương pháp thực nghiệm mà tác giả đã sử dụng, đồng thời lựa chọn dữ liệu thực nghiệm phù hợp với nguyên lý nhiệt động lực học và tương đối hợp lý hơn. (2) Lựa chọn mô hình năng lượng tự do. Theo cấu trúc của pha, một mô hình hợp lý được lựa chọn và có thể được xác minh bằng cách ngoại suy hệ đa biến. (3) Sử dụng biểu đồ pha đo được và dữ liệu nhiệt hóa để tối ưu hóa các thông số chưa xác định trong biểu thức năng lượng tự do Gibbs; sau đó sử dụng thuật toán thích hợp và chương trình máy tính tương ứng để tính giản đồ pha trên máy tính theo điều kiện cân bằng pha. (4) So sánh, phân tích kết quả tính toán và số liệu thực nghiệm. Nếu có sự khác biệt lớn giữa cả hai, hãy điều chỉnh các thông số cần xác định hoặc chọn lại mô hình nhiệt động lực học, sau đó thực hiện phép tính tối ưu hóa cho đến khi kết quả tính toán phù hợp với hầu hết dữ liệu biểu đồ pha và dữ liệu nhiệt hóa trong phạm vi sai số thực nghiệm. (5) Sau khi tối ưu hóa, tất cả các biểu đồ pha và dữ liệu nhiệt động lực học được kết nối bởi một mô hình nhiệt động lực học thành một tổng thể tự nhất quán và cuối cùng được lưu trữ trong một tham số mô hình để tạo thành một cơ sở dữ liệu nhiệt động học sơ đồ pha. Phần mềm tính toán biểu đồ giai đoạn thực chất là sự kết hợp của các mô hình nhiệt động lực học và các nguyên lý tính toán với các phép tính số quy mô lớn và các chức năng xử lý máy tính mạnh mẽ. Nó không chỉ có thể đạt được các tính toán cân bằng đa biến và đa pha, mà còn đưa ra các dạng khác nhau của biểu đồ pha ổn định và ổn định. Có thể lấy các thông số khác liên quan chặt chẽ đến việc chuẩn bị và sử dụng vật liệu. Các chức năng và tính năng chính của phần mềm tính toán nhiệt động giản đồ pha thường được sử dụng (Thermo-Calc, Fact Sage, Pandat, Jmatpro) như sau. Dưới đây là danh sách ngắn gọn về các đặc điểm tương ứng của chúng1, Phần mềm Thermo-Calc Phần mềm Thermo-Calc đã trở thành một hệ thống dữ liệu hoàn chỉnh, chức năng mạnh mẽ và một hệ thống tính toán kết cấu tương đối hoàn chỉnh. Đây là phần mềm tính toán nhiệt động lực học nổi tiếng trên thế giới. Phần mềmhermo-Calc cho phép tính toán cân bằng pha (chẳng hạn như nhiệt độ chất lỏng và chất rắn, thành phần và tỷ lệ của mỗi pha, v.v.), tính toán biểu đồ pha và tính toán nhiệt động lực học. Dữ liệu nhiệt động lực học cũng có thể được lập bảng và tính toán. Chức năng nhiệt động học của phản ứng thay đổi và động lực, cân bằng pha của hệ thống hóa học đánh giá, và sự chuyển pha, và các biểu đồ pha khác nhau được vẽ bằng một chương trình vẽ tự động. ChemSage / SOLGA-SMIX hai gói phần mềm nhiệt hóa. Có ưu điểm là nội dung cơ sở dữ liệu phong phú, chức năng tính toán mạnh mẽ và vận hành dễ dàng trên nền tảng Windows. Các ứng dụng phần mềm của Fact Sage bao gồm khoa học vật liệu, luyện kim, luyện kim thủy lực, luyện kim điện, ăn mòn, công nghiệp thủy tinh, đốt cháy, gốm sứ, địa chất, v.v. Cơ sở dữ liệu Fact Sage 5.5 bao gồm: (1) Cơ sở dữ liệu chất tinh khiết chứa 4,517 hợp chất; (2) Cơ sở dữ liệu oxit chứa 20 nguyên tố; (3) Dữ liệu muối nóng chảy chứa 20 cation và 8 anion (4) Cơ sở dữ liệu toàn diện chứa các hệ hợp kim phổ biến như Pb, Sn, Fe, Cu, Zn, v.v. (5) Cụ thể cơ sở dữ liệu cho các quy trình công nghiệp cụ thể như nhôm điện phân, công nghiệp giấy và silicon có độ tinh khiết cao. Ngoài ra, Fact Sage cũng có thể sử dụng các dữ liệu quốc tế nổi tiếng khác chẳng hạn như SGTE và cung cấp cho người dùng khả năng tạo cơ sở dữ liệu riêng. 3, phần mềm Pandat Lợi thế lớn nhất của gói Pandat là ngay cả khi chức năng năng lượng miễn phí có nhiều điểm thấp nhất trong một phạm vi thành phần nhất định, người dùng không có kỹ năng tính toán sơ đồ pha và kỹ năng tính toán có thể làm mà không cần thiết lập các giá trị ban đầu. Sử dụng phần mềm Pandat, nó cũng có thể tự động tìm kiếm sự cân bằng ổn định của các hệ thống đa pha nhiều pha. Các tính năng chính của phần mềm Pandat bao gồm tính toán, chỉnh sửa và các tính năng nâng cao. Chức năng tính toán chủ yếu bao gồm: (1) Tính toán giản đồ pha: Tính toán biểu đồ pha cân bằng pha nhị phân, bậc ba và đa thành phần (phần đẳng nhiệt, phần tương đương, phần do người dùng xác định); (2) Tính toán chất lỏng: Chất lỏng (điểm nóng chảy ) và pha kết tủa sơ cấp có thể được tính toán tự động và có thể vẽ đường đẳng nhiệt. (3) Tính toán độ rắn: Thông tin đầu ra bao gồm đường cong của phần rắn, khối lượng riêng, nhiệt riêng, entanpi, v.v. dưới dạng một hàm của nhiệt độ; (4) Tối ưu hóa biểu đồ pha: được sử dụng để đánh giá một loạt biểu đồ pha và dữ liệu nhiệt hóa, đồng thời thu được các thông số mô hình nhiệt động có thể được thao tác trong giao diện Windows để tối ưu hóa biểu đồ pha. Các tính năng chính của phần mềm Pandat là: giao diện hoạt động thân thiện, dễ học Và sử dụng; kết quả tính toán ổn định và đáng tin cậy; không cần người dùng nhập giá trị ban đầu và giá trị ước tính; phần mềm tự động tìm điểm cân bằng; hỗ trợ cơ sở dữ liệu do người dùng xác định và tính toán cho các biểu đồ pha và nhiệt động lực học khác nhau. Cung cấp một nền tảng máy tính mạnh mẽ. Tất cả các mô hình vật lý đã được xác nhận rộng rãi để đảm bảo độ chính xác của các tính toán hiệu suất vật liệu. Tốc độ tính toán của JMatPro rất nhanh, thường có thể hoàn thành trong vòng một phút. Ưu điểm tức thì nhất của tính toán nhanh là người dùng có thể nhanh chóng thử nghiệm các công thức vật liệu của riêng họ và hoàn thành các phép tính mong muốn trên máy tính của riêng họ. Người dùng có thể tính toán các mặt phẳng thành phần như biểu đồ pha của nhiều hệ hợp kim và cũng có thể tính toán biểu đồ pha của hợp kim đa thành phần thay đổi theo nhiệt độ hoặc thay đổi theo thành phần. (2) Tính toán các đặc tính vật lý - được sử dụng để mô phỏng CAE vật liệu. Mối quan hệ giữa các thuộc tính của vật liệu và nhiệt độ có thể được tính toán. Dữ liệu hiệu suất cho mỗi pha trong hợp kim cũng có thể được tính toán đồng thời và có thể tính được giản đồ pha trong quá trình hóa rắn. (3) Tính chất cơ học. Các tính chất cơ học của vật liệu có thể được tính toán ở nhiệt độ phòng và điều kiện nhiệt độ cao.
Nguồn: Meeyou cacbua