Thermo-Calc 计算机在材料科学中的应用

Thermo-Calc软件在二元体系相图中的应用研究姚海南;庞四焘;高升;张季谦【期刊名称】《物理通报》【年(卷),期】2016(000)002【摘要】借助Thermo Calc软件中Windows图形操作界面和强大的相图绘制功能，仿真模拟了二元凝聚体系相变过程。

首先，利用该软件模拟绘制两典型的二元合金的相图，然后，利用杠杆定则，从相图中计算出平衡条件下的相成分和相应的热力学数据。

使用该软件，既可快速准确地计算各种热力学过程，获得材料相关参数，又可以节约时间和降低设计开发的成本，更重要的是让学生掌握用计算机仿真解决实际问题的基本方法，充分调动他们学习的积极性和提高他们参与教学科研的自主创新热情。

%In this paper ,the phase transition process in two element system is simulated by using both of the Windows graphical operation interface and the powerful phase diagrams function of the Thermo Calc(TC) software .Firstly ,two typical phase diagrams of the two alloys were plotted ,and then from this phase diagram by the lever rule , the phase composition and the corresponding thermodynamic data as well as the thermodynamic properties of the system at the condition of equilibrium were obtained .By using this software ,we can not only quickly and accurately calculate the thermodynamic process ,obtain the relevant parameters of material .But also we could greatly save time and reduce the cost of design and development .Especially ,it is more important that for students to learn the basic method of solving practical problems by usingcomputer simulation ,it could fully mobilize students′learning interest and also enhance the passion for self dependant innovation in the teaching and scientific research .【总页数】4页(P14-16,17)【作者】姚海南;庞四焘;高升;张季谦【作者单位】安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖 241000;安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖 241000;安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖 241000;安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖 241000【正文语种】中文【相关文献】1.二元系恒压相图中通过三相点的水平线的命名的讨论 [J], 余世鑫2.改进约束三角网在沉积相带图中的应用研究 [J], 尚福华;冀宇;曹茂俊3.符号函数矩阵判别法在水盐相图计算机成图中的应用Ⅱ.复杂三元水盐体系的W1-W2和m1-m2及X1-X2相图 [J], 唐明林;胡家文;汪蓉;殷辉安4.怎样看待二元凝聚体系相图中的液相线及其上面的点 [J], 李生德5.CeCl_3-LiCl二元体系相图和CeCl_3-CaCl_2-LiCl三元体系液相限的研究 [J], 柴良;郑朝贵;叶于浦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

相图绘制软件Thermo-calc、Pandat、JMatPro、FactSageThermo-Calc概述：（原产地:瑞典）热力学计算软件的开拓者，软件开发历史比较悠久，因此软件功能比较完善和强大，所涉及的领域比较广泛，包括冶金、金属合金、陶瓷、熔岩、硬质合金、粉末冶金、无几物等等，产品主要包括TCC、TCW、DICTRA、二次开发工具和数据库。

软件功能：1、热力学——相图、热力学性能、凝固模拟、液相面、热液作用、变质、岩石形成、沉淀、风化过程的演变、腐蚀、循环、重熔、烧结、煅烧、燃烧中的物质形成、CVD 图、薄膜的形成、CVM 计算，化学有序- 无序等等。

2、动力学（DICTRA）——扩散模拟，如合金均匀化、渗碳、脱碳、渗氮、奥氏体/铁素体相变、珠光体长大、微观偏析、硬质合金的烧结等等。

数据库：TC的数据库比较多，甚至可以说杂来形容，呵呵，TC自己做的最好的数据库应该是Fe，当然现在也有像Ni等等的自己开发的数据库，但是大部分数据库都是利用第三方的，如有色金属（Al、Mg、Ti等）是英国ThermoTech的。

当然TC的同盟战线非常广，所以相应可用的数据库也就非常多，包括众多无几物数据库、陶瓷数据库、硬质合金数据库、核材料数据库等等。

优势：软件功能强大、用户群较大方便交流、软件扩展性能好、灵活性强、适用范围广。

缺点：操作界面不是很友好，很难上手，动力学（扩散）数据目前不是很全，计算引擎技术滞后（主要表现在初始值方面）。

适用范围：适合于科学研究，尤其是理论研究，从行上来讲非常适合黑色金属行业，当然陶瓷、化工等行业也是首选（因为其他没有软件有这方面的数据库和功能）。

Pandat概述：（原产地:美国，全是中国人开发，呵呵）热力学计算软件的后起者，或者说新秀吧，呵呵！主要是抓住竞争对手界面不友好和需要计算初值的弱点发展起来的，目前主要是在金属材料也就是合金行业中发展，产品包括Pandat、PanEngine和数据库。

计算机在材料科学中的应用引言计算机科学与材料科学的结合，为材料科学领域的研究和应用带来了巨大的影响和变革。

随着计算机技术的不断发展和突破，计算机在材料科学中的应用逐渐得到了广泛的认可和应用。

分子建模与模拟计算机在材料科学领域的一个重要应用是分子建模和模拟。

通过利用计算机建立分子的模型和进行模拟计算，可以预测材料的性质和行为。

这种方法在材料设计、催化剂研究、药物研发等领域中具有重要的应用价值。

通过在计算机上进行大规模的分子模拟，可以快速筛选出具有潜在应用价值的材料，从而加速材料科学的研究和应用过程。

材料结构预测另一个计算机在材料科学中的重要应用是材料结构预测。

传统的材料结构预测方法通常需要耗费大量的时间和人力，而计算机可以通过模拟和计算来快速预测材料的结构。

通过这种方式，可以找到新的材料结构，推动新材料的发现和应用。

这种方法在新能源材料、光电材料、储能材料等领域中具有重要的应用价值。

材料性能优化计算机在材料科学中的应用还可以用于材料性能优化。

通过利用计算机模拟和预测，可以优化材料的性能和特性。

例如，在涉及到材料的机械性能、导电性能、光学性能等方面，可以通过计算机模拟和优化来提高材料的性能。

这种方法不仅可以指导实验的设计和实施，还可以提高材料的应用性能，从而推动材料科学的发展和应用。

数据分析与挖掘计算机在材料科学中还可以用于数据分析与挖掘。

随着大数据时代的到来，材料科学领域也积累了大量的材料数据。

通过运用计算机技术，可以从这些数据中挖掘出有价值的信息和规律，指导材料的设计和研究。

例如，可以通过机器学习的算法来建立材料的结构-性能关联模型，从而加速材料的研发过程。

材料仿真与优化设计最后，计算机在材料科学中的应用还可以用于材料的仿真和优化设计。

通过在计算机上建立材料的模型，可以对材料进行仿真和优化。

例如，可以通过有限元分析方法对材料的力学行为进行仿真，帮助理解和预测材料的性能。

同时，也可以利用优化算法进行材料的优化设计，进一步提高材料的性能和特性。

Thermo-Calc系统在材料科学中的应用Thermo-Calc 系统在材料科学中的应用在近十年内，计算机模拟在材料科学与技术中的应用对于材料设计的定量化产生了革命性的影响，各种热力学和动力学模型的组合使得预测材料加工过程中材料的成份、结构及性质成为了可能。

在此背景下，一个通用的热力学/动力学数据库必将为多个传统上认为是不同的领域提供高品质的内部一致的数据。

现有的Thermo-Calc 和DICTRA 数据库系统是一套强大且精细的软件系统，简单易学同时可以用于计算各种热化学计算以及一些类型的动力学模拟。

Thermo-Calc 系统是由瑞典皇家工学院材料科学与工程系为主开发，它包括了欧共体热化学科学组(SGTE)共同研制的物质和溶液数据库、热力学计算系统 (Thermo-Calc)和热力学评估系统(Top)。

Thermo-Calc 有 Windows 版(TCW 和DOS 版 (TCC)两种版本，均包含有SGTE 屯物质数据库、SGTE 溶液数据库、FEBASE 铁基合金数据库等多个数据库，还包括了 600多个子程序模块。

Thermo-Calc 系统是建立于强大的Gibbs 能最小化基础之上、仅有的计算在一个非常复杂的多元不均匀系中有多于5个独立变量的任意相图断面的软件，也有计算很多其它类型图的工具，如CVD 沉积、Scheil-Gulliver 凝固模拟、Pourbaix 图、气体分压等。

Thermo-Calc 由多个功能模块组成,各模块间的关系如图所示。

1. SYS:系统模块。

用于Thermo Cal 软件各模块的交互转换、宏文件操作等。

2. PARROTS 数优化模块。

根据已有的实验结果或文献数据，建立统一的热力学模型及参数。

3. ED_EXP:PARROT 子模块。

用于编辑实验数据。

4. TDB:热力学数据库模块。

5. GES 吉布斯能量系统模块。

用于热力学模型、数据的处理。

除非使用者能提供新的热力学数据，否则不会用到此模块。

第41卷第3期2020年6月特殊钢SPECIAL STEELVol.41. No.3J une 2020•15•超级双相不锈钢S32760凝固过程Thermo-Calc热力学软件的应用王哨兵周珠孙文强陈登武李光恒曹萍(浙江久立特材科技股份有限公司，湖州313000)摘要利用Thermo-Calc热力学计算软件得到S32760(022Cr25Ni7M〇3V i’CU N)超级双相不锈钢凝固过程中 的相图，确定了 S32760双相钢是FA(铁素体-奥氏体）凝固模式，通过改变奥氏体和铁素体的形成元素的含量，确定 在不同的化学成分下的热加工性能、Cr2N和(7相析出温度，得到S32760双相钢热加工温度区间随着奥氏体形成元 素C、N、N i、M n含量的增加而变大，随着铁素体形成元素S i、Cr、M〇含量的增加而减小，而W对热加工性能没有影 响。

根据热力学计算，确定了最优的化学成分（/%:〇.〇22C,0.30S i,0.80Mn,25. 60Cr,6.20N i,0.54Cu,3.50M。

, 0.54W,0.27N)，S32760双相钢最佳热塑性温度为1 195 t，Cr2N相的析出温度为1050 SC,o•相析出温度为 1020丈，热加工区间为145 t，并且通过了后续的现场实践验证。

关键词T h e r m o-C a l c热力学计算S32760超级双相钢化学成分40%奥氏体C r2N t r相Application of Thermo-Calc Software during Solidification Process of Super Duplex Stainless Steel S32760W ang Shaobing，Zhou Zhu，Sun Wenqiang，Chen Dengwu，L i Guangheng and Cao Ping(Zhejiang Jiuli H i-T e c h Metals C o Ltd, H u z h o u 313000)Abstract T h e phase diagram of S32760(022C r25N i7M o3W C u N)super duplex stainless steel during solidification process is determined by T h e r m o-C a l c thermod y n a m i c calculation software, a n d the solidification m o d e of S32760duplex steel is F A( Ferrite-Austenite). B y changing the content of austenite a n d ferrite forming elements a n d the different c h e m i­cal compositions to determine the hot working properties^Cr2N a n d a phase precipitation temperatures, the hot working t e m­perature range of S32760 is enlarged with increasing the content of austenite forming elements C,N,Ni a n d M n,a n d re­d u c e d with increasing the content of ferrite forming elements S i NC r a n d M o,h o w e v e r W has no effect on hot working per­formance. According to the t h e r m o d y n a m i c calculation, the optimal chemical composition (/%：0. 022C,0. 30Si,0. 80M n, 25. 60C r,6. 20N i，0. 54C u,3. 50M〇,0. 54W，0. 27N)is determined. T h e optimal thermoplastic temperature of duplex steel S32760 is 1195 Tl ,the precipitation temperature of C r2N phase is 1 050 ^a n d the precipitation temperature of a phase is 1 020°C ,a n d the hot working range is 145 X.,wh i c h has bee n verified by subsequent production practice.Material Index T h e r m o-C a l c T h e r m o d y n a m i c Calculations, S32760 Sup e r D u p l e x Stainness Steel, C h e mical C o m­position, 40%Austenite, C r2N,a PhaseS32760 (022 C r25 Ni7 M〇3 WCuN)超级双相钢具 有高强度、良好的成形性以及优异的耐腐蚀性能，目前广泛应用在石油、化工及海水环境等领域。

Thermo-Calc 计算机在材料科学中的应用Thermo-Calc姓名：xxx 学号：111111111111一、软件简介相图计算（CALPHAD：Calculation of Phase Diagram）是在前人收集、总结热力学数据的基础上发展形成的一门新的介于热力学、相平衡和计算机科学之间的交叉学科。

Thermo-Calc是一款基于已有文献和实验数据基础之上的相图和热力学计算软件，由瑞典皇家工学院（KTH）研发，并于1981年首次发布。

经过将近30年的发展，Thermo-Calc现已成为数据齐全、功能强大、结构较为完整的计算系统，是目前世界上享有相当声誉的热力学计算软件。

目前，该软件已被广泛用于计算不同体系的复杂相平衡或多元相图，在新材料设计，材料工程应用等过程中根据Thermo-Calc计算结果进行设计优化，可有效节省人力、物力。

该软件最早被发展用于钢的热力学计算，有关钢的数据库也比其他体系的数据库更为完备，是钢铁材料研究过程中一款有力的工具，可从钢的平衡态相组成、合金化的影响、析出相形成规律等不同角度开展热力学计算。

目前该软件分为经典版（TCC）和视窗版（TCW）两种，计算机原理及过程完全一样。

使用TCC能够更灵活、充分的发挥软件的功能，通过其中的“acro-file-open”命令还能直接调用已有程序，计算参数可以在文本格式的程序文件中随时修改，使日常的计算过程大为简化。

TCW是在TCC基础上发展而来，采用了Windows界面，使初学者能够迅速根据窗口提示开展计算。

本文仅针对后者进行简单介绍。

二、原理及应用Thermo-Calc把历史形成的热力学文献数据打包备用，是所有各种热力学和相图计算的通用和柔性的软件包，是建立于强大的Gibbs能最小化基础之上的。

它是多于30年和100人年的劳动以及很多各种项目的国际合作的结果。

Thermo-Calc软件可使用多种热力学数据库，特别是热力学数据库的国际合作组织Scientific Group ThermodataEurope(SGTE)开发的数据库。

相变点计算 thermocalc相变点是指物质在温度或压力改变的条件下发生相变的临界点。

在固体、液体和气体之间的相变点对于研究物质的性质和应用具有重要意义。

在材料科学和工程领域，研究相变点可以帮助我们理解材料的相变行为，并为材料设计和加工提供指导。

相变点的计算是一项复杂的任务，涉及到材料的热力学性质和相变机制。

为了准确计算相变点，研究人员使用了各种方法和工具，其中一个重要的工具就是thermocalc。

thermocalc是一种计算软件，可以用于计算材料的相图、相平衡和相变点。

它基于热力学原理和实验数据，通过模拟材料的热力学过程来预测相变点。

thermocalc可以根据材料的成分、温度和压力等参数，计算出相变点的数值，并生成相图和相平衡曲线等图表。

利用thermocalc进行相变点计算的过程一般分为以下几个步骤。

首先，需要确定材料的成分和元素的摩尔分数。

然后，根据材料的成分和温度范围，选择合适的相图和热力学数据库。

接下来，使用thermocalc的计算模块，输入相关参数，进行相变点计算。

最后，根据计算结果，可以得到相变点的数值和相图等信息。

相变点的计算结果可以帮助我们理解材料的相变机制和相图特征。

通过对相变点的计算和分析，可以预测材料在不同条件下的相变行为，进而指导材料的设计和加工。

例如，在合金材料中，相变点的计算可以帮助我们确定合金的组成和热处理条件，以获得理想的组织结构和性能。

除了相变点的计算，thermocalc还可以用于其他热力学计算，如相平衡计算、相图预测和相图优化等。

它已经成为材料科学和工程领域中重要的研究工具之一。

相变点的计算对于理解和应用材料的相变行为至关重要。

thermocalc作为一种强大的计算工具，可以帮助我们准确计算相变点，并指导材料的设计和加工。

通过研究相变点，我们可以深入了解材料的热力学性质和相变机制，为材料科学和工程领域的研究和应用提供有力支持。

Thermo-calc软件-TCCP用户指南重要要点Thermo-Calc?User’s GuideVersion PThermo-Calc Software ABStockholm Technology ParkBj?rnn?sv?gen 21SE-113 47 Stockholm, SwedenCopyright ? 1995-2003 Foundation of Computational ThermodynamicsStockholm, Sweden第1部分一般介绍1.1 计算热力学在近十年内与材料科学与工程相联系的计算机计算与模拟的研究与发展已经为定量设计各种材料产生了革命性的方法，热力学与动力学模型的广泛结合使预测材料成分、各种加工后的结构和性能。

产品开发与工程控制的数学模型的重要性已经证明对热力学计算和动力学模拟的高需求，先进材料的现代定量计算设计已从计算热力学与动力学中得到了惊人的益处。

用Thermo-Calc进行的热力学计算和用DICTRA进行的动力学模拟可戏剧性地加强制造过程的设计能力、热处理温度的选择能力、过程收益的优化能力等，这些易于理解的软件/数据库/界面包已经在世界范围内证明是最有力和最有柔性的排除昂贵和费时的实验、改进质量性能和控制环境影响的工程工具。

1.2 Thermo-Calc软件/数据库/界面包Thermo-Calc是所有各种热力学和相图计算的通用和柔性的软件包，是建立于强大的Gibbs能最小化基础之上的。

它是多于30年和100人年的劳动以及很多各种项目的国际合作的结果。

Thermo-Calc 软件可使用多种热力学数据库，特别是热力学数据库的国际合作组织Scientific Group Thermodata Europe(SGTE)开发的数据库。

TCC(传统的Thermo-Calc)和其姊妹软件DICTRA（扩散控制相转变）已经在瑞典斯德哥尔摩皇家工学院（KTH）的材料科学与工程系开发出来，Thermo-Calc的第一个版本发布于1981年，以后几乎每年更新，最新的版本P发布于2002年11月。

Thermo-Calc
Thermo-Calc软件是由瑞典皇家工学院在Hillert, Sundman, Jansson等人的工作基础上，于1981年推出的相图和热力学计算软件。

经过将近30年的发展，Thermo-Calc软件现已成为数据齐全、功能强大、结构较为完整的计算系统，是目前世界上享有相当声誉的热力学计算软件。

利用Thermo-Calc软件可以做相平衡计算（如液相线及固相线温度、各相的成分及比例等）、相图计算及热力学量的计算，还可以将热力学数据制成表格、计算化学反应的热力学函数变化及驱动力、评价化学系统的相平衡及相转换，并且通过自动绘图程序绘制各种相图。

Thermo-Calc软件包括8个基本功能模块，6个特殊功能模块。

这些模块的名称及其主要功能见下表。

Thermo-Calc软件的模块和主要功能。

thermo-calc计算例子Thermo-Calc是一款用于计算和模拟材料热力学和相图的软件工具。

它基于计算热力学的原则，可以预测材料在不同温度、成分和压力条件下的相变行为和热力学性质。

下面将列举几个使用Thermo-Calc进行计算的例子。

1. 计算二元合金相图Thermo-Calc可以通过输入合金的成分和温度范围，计算出合金的相图。

例如，可以通过Thermo-Calc来计算铝-镁合金的相图，了解不同成分下的相变行为和相稳定性。

2. 预测合金的相变温度Thermo-Calc可以根据合金的成分和热力学数据，预测出合金的相变温度。

例如，可以通过Thermo-Calc来预测钢中的奥氏体转变温度，帮助优化钢的热处理工艺和性能。

3. 优化合金配方Thermo-Calc可以通过计算不同合金成分下的热力学性质，帮助优化合金的配方。

例如，可以通过Thermo-Calc来优化镍基高温合金的成分，以提高其高温强度和耐腐蚀性能。

4. 模拟材料的热处理过程Thermo-Calc可以模拟材料的热处理过程，包括加热、保温和冷却等步骤。

例如，可以通过Thermo-Calc来模拟铝合金的固溶处理和时效处理过程，以优化材料的力学性能。

5. 预测材料的热力学性质Thermo-Calc可以预测材料的热力学性质，如热容、热导率和热膨胀系数等。

这些性质对于材料的设计和工程应用非常重要。

例如，可以通过Thermo-Calc来预测钢的热膨胀系数，以确保在温度变化时材料的尺寸稳定性。

6. 优化材料的热处理工艺Thermo-Calc可以根据材料的热力学数据，帮助优化材料的热处理工艺。

例如，可以通过Thermo-Calc来优化铝合金的固溶处理温度和保温时间，以达到最佳的强度和耐腐蚀性能。

7. 预测材料的固相变形Thermo-Calc可以预测材料的固相变形，如析出相的尺寸、形态和分布等。

这对于材料的强度和韧性有重要影响。

例如，可以通过Thermo-Calc来预测钢中的马氏体转变形貌，以优化材料的力学性能。