THERMOCALCDICTRA热力学计算

Thermo-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。

软件功能：相图计算、热力学性能、凝固模拟、液相投影面、相图优化以及动力学二次开发（注意二次开发要在C++环境中进行）等。

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。

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。

Thermo-Calc是一个用于热力学计算的软件，可以用于计算二元合金的相图、相变温度、相组成等。

以下是使用Thermo-Calc进行计算的一般步骤：
1.定义系统：输入化学组成和相态信息，选择合适的热力学数据库。

2.定义温度和压力范围：确定系统所处温度和压力范围。

3.计算二元合金相图：输入合金的成分和温度范围，Thermo-Calc可以计算出合金的相图，了解不同成分下的相变行为和相稳定性。

4.预测合金的相变温度：根据合金的成分和热力学数据，预测出合金的相变温度，如固-液相变温度、固-固相变温度等。

这对于合金制备和热处理
工艺设计非常重要。

5.预测合金的相组成：根据给定的组成和温度范围，使用Thermo-Calc可以预测合金在不同温度下的相组成。

这对于合金设计和材料科学领域的
研究具有重要意义。

总之，使用Thermo-Calc进行热力学计算可以帮助科研人员更好地理解材料在特定条件下的性质和行为，为材料科学和工程领域的研究提供有力支持。

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®User’s GuideVersion PThermo-Calc Software ABStockholm Technology ParkBjörnnäsvägen 21SE-113 47 Stockholm, SwedenCopyright © 1995-2003 Foundation of Computational ThermodynamicsStockholm, Sweden目录第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。

相变点计算 thermocalc 相变点在材料科学领域中扮演着重要的角色。

相变点是在材料中，当晶体结构或者状态发生改变时所对应的温度或者压强。

研究相变点的重要原因是，在了解了相变点之后，可以更好地预测材料的物理性质和化学反应过程。

因此，需要一种方法来准确地计算相变点。

在材料科学领域中，thermocalc是一种常用的相变点计算工具。

本文将对thermocalc的原理、计算方法以及应用进行阐述。

一、thermocalc的原理thermocalc是一种基于计算热力学的软件。

该软件通过热力学数据库的建立来计算物质的相变点。

该热力学数据库包括相图、热力学数据以及相关的物理量。

使用thermocalc，可以对不同的固态合金体系进行相变点的计算。

而且，该软件还支持多相态相图的计算，使得该软件可以在液态和气态相变的计算中也提供精确的结果。

二、thermocalc的计算方法在使用thermocalc计算相变点时，需要先建立相应的热力学数据库。

热力学数据库必须包括相关的相图、热力学数据以及其他必要的物理量。

然后，用户需要在thermocalc中设定所需计算的参数，包括温度、压力、化学组成等。

根据设定的参数，thermocalc可以计算出相应的相图、热力学数据以及其他相关物理量。

通过设定特定的计算模型，可以计算出物质在特定条件下的相变点。

最常用的计算模型是CALPHAD模型。

CALPHAD模型是一种基于热力学平衡的模型，通过综合考虑组元之间的相互作用，可以预测物质在不同条件下的相变行为。

使用CALPHAD模型，可以计算出物质在不同温度和压强下的相图，包括熔点、析出温度、共晶温度等。

与其他相变点计算方法相比，CALPHAD模型可以提供更为精确的结果。

三、thermocalc的应用thermocalc在材料科学领域中有广泛的应用。

最为常见的应用是对固态合金体系中的相变点进行计算。

通过计算不同合金体系中的相变点，可以预测材料的物理性质，如硬度、强度、导电性等。

基于Thermo-Calc及T-f_S-C_L耦合方法预测Biot≤0.1的
合金凝固路径（英文）
赵光伟;李新中;徐达鸣;郭景杰;傅恒志;杜勇;贺跃辉
【期刊名称】《中国有色金属学报：英文版》
【年(卷),期】2012(022)001
【摘要】将二元合金枝晶凝固传输模型及相应的T-fS-CL耦合求解方法扩展到描述多元合金在Biot≤0.1条件下的凝固。

基于提出的扩展模型及算法,提出一种考虑传热影响的预测Biot≤0.1合金凝固路径及微观偏析的方法。

该算法与Thermo-Calc热力学计算软件接口程序TQ6相耦合,用于实时计算每次迭代需要的热力学数据。

Al-2Si-3Mg三元合金实例计算证实提出的模型及算法和凝固路径与微观偏析预测方法的实用性与可靠性,Al-5.17Cu-2.63Si三元合金凝固实验结果与预测结果的取得较好的一致性。

【总页数】8页(P139-146)
【作者】赵光伟;李新中;徐达鸣;郭景杰;傅恒志;杜勇;贺跃辉
【作者单位】^p
【正文语种】中文
【中图分类】TG146
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纯Fe钎焊凝固过程的模拟计算于治水;陈洁;经敬楠;苏钰【摘要】为研究Fe元素对不锈钢钎焊接头及镍基钎料钎焊接头组织的影响,采用BNi-2+40％(质量分数)BNi-5混合钎料对纯Fe进行真空钎焊,运用金相分析、扫描电子显微镜(SEM)分析、能谱仪(EDS)分析,结合Thermo-Calc及Dictra软件,研究纯Fe钎焊接头显微组织、钎缝成分分布、相组成和元素扩散情况.结果表明,纯Fe钎缝主要由γ-Ni固溶体和Cr-B金属间化合物组成；通过Thermo-Calc和Dictra软件计算,温度冷却至1 173 K时钎料仍未凝固结束,凝固过程中发生了共晶反应,此时相组成及元素扩散行为的计算结果与试验结果基本吻合,可在一定程度上指导钎焊新工艺的制定.【期刊名称】《上海工程技术大学学报》【年(卷),期】2011(025)003【总页数】5页(P237-241)【关键词】镍基钎料;真空钎焊;纯Fe【作者】于治水;陈洁;经敬楠;苏钰【作者单位】上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TG454近年来，不锈钢的焊接技术取得了巨大的进步，其真空钎焊技术和瞬态液相连接技术（简称TLP连接）得到了大量研究，有关钎焊过程的等温凝固行为报道颇多.Lee等［1］认为溶质原子向母材的扩散发生在液相均匀化过程中，有第二相沉淀生成，从而使完全等温凝固的时间大大减少.Arafin等［2］采用BNi－2中间层对SS 410和SS 321进行TLP连接，通过计算不同条件下的累积概率及等温凝固时间的概率密度分布函数，得出了B和Si等溶质原子的扩散模型.很多研究人员也对基于固／液移动界面及溶质分布定律的其他模型进行了广泛研究，以预测完全等温凝固的时间和基体上形成的第二相沉淀［3－5］.瞬态液相（TLP）连接中，液态中间层在等温条件下进行凝固，属于平衡结晶，而钎焊接头在连续冷却过程中进行结晶，属于非平衡结晶［6］.钎焊接头形成的根本特征是金属溶解作用产生的金属键合，即钎料溶解少量母材而形成金属化合物或固溶体（又称钎料的合金化），凝固时借助相邻原子间的引力使接头成为一体［7］.因此，为了获得性能优良的钎焊接头，有必要研究冷却过程中的合金化反应及溶质原子的扩散行为，而目前对非平衡条件下凝固现象的研究报道较少.Thermo－Calc软件系统由瑞典皇家工学院Sundman等［9］基于Calphad方法编写而成，包括了欧洲共同体热化学科学组（SGTE）共同研制的物质和溶液数据库、热力学计算系统和热力学评估系统.目前，该软件可处理40个组元体系的热力学计算，包含专用计算钢铁材料相图和热力学性质的FEDAT和TCFE数据库，基本上能够满足对铁基材料进行分析评价的要求.此外，该软件不仅适用于各种热力学体系的平衡计算，还可以通过Dictra软件进行非平衡计算，从而模拟扩散控制的相变过程［8－9］.为了探寻Fe元素对不锈钢钎焊接头及镍基钎料钎焊接头的组织和性能影响，选定钎焊温度1 373 K、钎焊间隙30μm、保温时间5min，采用BNi－2＋40%（质量分数，下同）BNi－5组合钎料，真空钎焊纯Fe金属.运用金相分析、扫描电子显微镜（SEM）分析及能谱仪（EDS）分析，研究了钎焊接头的显微组织和成分分布，并利用Thermo－Calc和Dictra软件对钎料凝固过程中相组成及元素的扩散行为进行模拟计算，进而指导钎焊新工艺的制定.1 试样制备与试验方法BNi－2＋40%BNi－5镍基组合钎料以BNi－2为低熔点组分，BNi－5为高熔点组分.由于两种组分熔化温度不同，高熔点组分在一定程度上起到骨架和增加钎料黏度的作用.另外，高熔点组分内降熔元素含量较低，在钎焊保温时，可使低熔点组分的降熔元素B向高熔点组分内扩散，进而降低其浓度1）本文涉及的浓度、成分、含量均为质量分数（w）.，避免或减少了与基体的相互反应，可起到减小溶蚀的作用.BNi－2和BNi－5钎料的质量分数及熔化温度［10］见表1.表1 BNi－2和BNi－5钎料的质量分数与熔化温度Table 1 Weight percent and melting temperature of BNi－2 and BNi－5 fillers钎料类别液相线BNi－2 余量 6.0～8.0 2.8～3.5 4.0～5.0 2.5～质量分数／%Ni Cr B Si Fe熔化温度／K 固相线3.5 1 244 1 272 BNi－5 余量 18.5～19.5 — 9.8～10.5 —1 346 1 408 母材纯Fe尺寸为15mm×14mm×2.5mm，真空钎焊前，用粗砂纸将其磨光，去除氧化膜.然后，使用超声波丙酮清洗.将两块母材以搭接的方式放置，在母材两端加入30μm的Ni箔片调节钎焊间隙，在试样一端加入粉状组合钎料，并用乙酸丁酯将其固定.随后，放置于KJL－1型多功能科教真空钎焊炉中，在5.0×10－3 Pa 真空度下完成钎焊过程.通过VHX－600型超景深光学显微镜、日立S－4700型扫描电子显微镜来观察，其相组成由金相分析、能谱仪分析配合Thermo－Calc 软件计算来确定，钎料凝固过程中元素的扩散行为通过Dictra软件来模拟计算.2 试验结果与分析2.1 钎缝组织及相组成分析钎焊温度为1 373K、钎焊间隙为30μm、保温时间为5min时，采用BNi－2＋40%BNi－5组合钎料，真空钎焊纯Fe形成的钎焊接头显微组织，由两部分组成：一部分为黑色的棒状化合物组织，另一部分为灰白色的长条状固溶体组织.图1（a）为钎缝显微组织的SEM图像，图1（b）为成分线扫描曲线.通过线扫描分析知，Cr元素富集于接头的黑色组织中，图1（b）Cr含量存在3个强峰，并与B峰一一对应.因此，化合物组织主要由Cr和B组成，Ni元素也主要存在于钎缝中，灰白色相为Ni基固溶体组织.表2为图1（a）中“＋”标记处的EDS点分析，可以看出钎缝中Fe含量（20.62%）大大高于原始钎料的Fe含量（1.87%），表明母材已部分溶解于钎料中.结合图1（b）可知，母材的溶解使钎料的成分发生了改变，而钎料中的Ni，Cr和Si元素，由于保温时间太短基本没有扩散到母材中，B元素的扩散也不充分，Cr元素聚集在钎缝中心与B形成了黑色的Cr－B化合物.图1 保温5 min纯Fe钎缝组织和成分分析图Fig.1 Microstructure and element composition of pure Fe brazed seam with holding time for 5 min表2 钎缝微区成分分析Table 2 Composition analysis of micro－zone in brazed seam成分元素Ni Fe Cr Si质量分数／%66.42 20.62 9.51 3.45根据以上分析，接头中钎料的凝固过程可总结如下：首先在钎焊温度下发生了等温凝固，由界面向钎料熔体逐步形成γ－Ni固溶体相；冷却开始后，初生的γ－Ni相在熔体内或在部分熔化的钎料颗粒上形核，由界面层开始形成结节状树枝晶；接着残余液体被排走，随着凝固的钎料继续进行，B和Cr元素富集于剩余熔体中，达到共晶成分点而发生共晶反应，生成二元共晶γ－Ni固溶体相和Cr－B化合物.2.2 Thermo－Calc热力学和Dictra动力学计算Thermo－Calc软件是世界上最成熟的热力学计算软件，它在计算体系的最小Gibbs自由能原则下实现相平衡计算［11］，Dictra软件则基于 Thermo－Calc中的热力学参数来进行非平衡计算.通过Thermo－Calc软件计算可知，BNi－2＋40%BNi－5组合钎料在1 373K钎焊纯Fe时，钎缝中的物相可能有LIQUID，FCC＿A1和 M2B＿TETR 等3种，且Gibbs自由能依次升高，当冷却至1 000K 时，又会产生CR2B＿ORTH相.基于Thermo－Calc计算结果，运用Dictra软件对镍基钎料凝固过程中的共晶反应及元素的扩散行为进行模拟计算，图2为钎缝中的共晶反应模型：LIQUID→FCC＿A1＋M2B＿TETR，模型中30μm钎焊间隙为3E－5.图2 共晶反应模型Fig.2 Model of eutectic reaction由于BNi－2和BNi－5钎料固相线温度分别为1 244K和1 346K，所以计算过程中设定冷却的下限温度为1 173K，上限温度即为钎焊温度1 373 K，历时333.3s.Dictra计算结果表明，温度冷却至1 173K时，固相的含量为72%，此时仍没有凝固完毕，说明钎料中的降熔元素B和Si并没有得到充分扩散，导致钎料的熔点仍较低.在上述温度范围内对凝固过程中元素的扩散行为进行模拟计算，获得了钎料中各元素的扩散曲线，如图3所示.图3 Dictra软件计算的元素扩散曲线Fig.3 Diffusion curves of elements computed by Dictra software由图3共晶反应计算结果可见，Ni，Si元素在FCC＿A1 相中富集，而 Cr，B，Fe元素则在M2B＿TETR相中富集；冷却时间在0～100s时各元素扩散速率明显高于100～333.3s时的扩散速率，这是由于冷却前期温度梯度及元素浓度梯度均较大的缘故.由Thermo－Calc计算结果可知：FCC＿A1中各元素的质量分数分别为7.578 03E－01Ni，3.069 18E－02Cr，9.609 88E－05B，6.420 07E －02Si和1.472 08E－01Fe；M2B＿TETR中各元素的质量分数分别为4.169 88E－01Cr，8.988 78E－02B，2.255 23E－01Ni和2.676 01E－01Fe.将Thermo－Calc平衡计算结果与Dictra的非平衡计算结果进行对比，发现FCC＿A1的元素含量与扩散结果基本吻合，而M2B＿TETR中各元素含量与扩散结果有出入.其中：Cr，B元素在扩散结果中偏低；Ni，Si，Fe元素含量则偏高.这是因为一方面，冷却至1 173K仍有液相存在，随着温度的降低，扩散行为和共晶反应将继续进行，Cr，B元素将进一步偏聚，导致含量升高，Ni，Si，Fe元素也进一步扩散，导致含量降低；另一方面，平衡反应通常需要无限缓慢的时间才能达到，所以，非平衡反应的凝固完毕后仍只能接近平衡计算结果而无法实际达到.B是形成化合物相的主要元素，图3（f）显示了B元素在不同含量下的相组成情况.B元素的扩散曲线表明，1 173K时，B含量为6.3%左右，并且B元素在此含量下存在LIQUID和M2B＿TETR两相，与上述计算结果相符.对1 373K等温凝固的元素扩散计算结果表明，保温5min内，生成的固相含量很少，此时液相进行了均匀化，元素尚未发生偏聚，计算得B元素在液相中的含量为2.5%，且有向界面分布的趋势.因此，5min的钎焊保温时间内化合物形成元素没有充分扩散至母材，导致冷却过程中B元素在钎缝中偏聚形成化合物.为了防止化合物的生成，推断延长保温时间，或在1 273K左右进行扩散热处理可消除B元素的偏聚，加速其向晶界母材的扩散.可见，运用Thermo－Calc和Dictra软件，对钎料凝固过程中的组织变化和成分分布进行的模拟计算结果与试验结果基本吻合.采用软件系统可消除传统试验方法中存在的感性因素，减少盲目性，使钎焊新工艺的制定向理性化、高效化方向发展.3 结语1）纯Fe钎焊接头中生成了黑色的Cr－B化合物，表明B元素没有得到充分扩散. 2）通过Thermo－Calc软件计算，1 373K钎焊温度时，纯Fe钎缝中的物相可能有LIQUID，FCC＿A1和M2B＿TETR等3种，且Gibbs自由能依次升高，当冷却至1 000K时，又会产生CR2B＿ORTH相.3）冷却过程中发生了共晶反应，Ni和Si元素富集于FCC＿A1相，而Cr，B，Fe 元素则富集于M2B＿TETR相.4）运用Thermo－Calc和Dictra软件对钎料凝固过程中相组成及元素的扩散行为进行的计算结果与试验结果基本吻合，可指导钎焊新工艺的制定.参考文献：［1］Lee C H，North T H，Nakagawa H.Proceedings of the 71st American Welding Society Convention［J］.Anaheim，CA，1990：243－246.［2］Arafin M A，Medraj M，Turner D P，et al.Effect of alloying elements on the isothermal solidification during TLP bonding of SS 410 and SS 321 using a BNi－2 interlayer［J］.Materials Chemistry and Physics，2007，106（1）：109－119.［3］Ojo O A，Richards N L，Chaturvedi M C.Study of the fusion zone during transient liquid phase bonding of Inconel 738 superalloy［J］.Science and Technology of Welding and Joining，2004（9）：532－540.［4］Shinmura T，Ohsasa K，Narita T.Isothermal solidification behavior during the transient liquid phase bonding process of nickel using binary filler metals［J］.Materials Transactions，2001，42（2）：292－297.［5］Arafin M A，Medraj M，Turner D P，et al.Mathematical Modeling and experimental investigations of isothermal solidification during transient liquid phase bonding of nickel superalloys［J］.Journal of Advanced Materials Research，2007，15－17：882－887.［6］张贵锋，张建勋，王士元，等.瞬态液相扩散焊与钎焊主要特点之异同［J］.焊接学报，2002，23（6）：92－96.［7］美国焊接学会.焊接手册：第二卷［M］.7版.清华大学焊接教研室，译.北京：机械工业出版社，1988.［8］Saunders N，Miodownik A P.Calphad［M］.Cambridge：University of Cambridge Press，1998.［9］Sundman B.Thermo－Calc User’s Guide［M］.Stockholm：TCC，1997.［10］张启运，庄鸿寿.钎焊手册［M］.2版.北京：机械工业出版社，2008. ［11］Sundman B，Jansson B，Andersson J O.The thermocalc［J］.Calphad，1985（9）：153－169.。