JMatPro镍铁基超合金模块介绍
JMatPro_Stainless_Part2_ThermalProperties
Pt x P x P PIII Fs
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二.热物性能计算—1.Dynamic
参数设置界面
热力学计算
载入已经计算好的结果 就是热力学计算
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计算结果：
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选择可能出现的相
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计算结果：
在指定温度以下， 即使相组成相同，但是由于 相组成完全相同 不同温度下纯组元的性能不 同，造成材料整体性能不同
P xi P0 xi x j ( ijv ( xi x j )v ) i
i i j i v
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二.热物性能计算—2. Extended General
参数设置界面
Heat treatቤተ መጻሕፍቲ ባይዱent：在此 温度以下的相组成都 与该温度时的相组成 相同 Upper limit：设置最高 温度，对于高于Heat treatment温度的温度 下的相组成通过热力学 计算
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JMartPro不锈钢模块功能介绍
中仿科技 施翀 （Joy） 2011年12月
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利用JMatPro软件进行合金覆层成分设计及回火工艺制定
03200功滋讨科2021年第3期(2)卷文章编号：10019731(2021)03-03200-06利用JMatPro软件进行合金覆层成分设计及回火工艺制定周立华（成都理工大学工程技术学院，四川乐山614000）摘要：利用JMatPro软件对合金覆层进行计算，模拟分析了不同回火状态下合金覆层内部相组成成分的变化情况与碳化物颗粒的析出情况，预测了合金覆层的相关性能；采用微束等离子熔覆加工方法，在H13钢基体上熔覆制备了合金覆层，研究分析了合金覆层回火前后的组织形态、物相组成、元素分布和显微硬度变化。
结果表明,对合金覆层进行200°C回火2h,合金覆层内部组织结构、物相组成与回火前相比无明显变化，显微硬度也无明显变化（463Hv0.1）；经400°C回火2h后，合金覆层组织内部开始有少量MC型特殊碳化物析出，晶界周围逐渐呈现不连续的网状分布，一定程度上提升了覆层的显微硬度（512Hv01）；经600°C回火2h后，合金覆层组织内部析出大量MC、M2C型特殊碳化物，之前不连续的网状分布发展为连续、密集的蛛网状分布，合金覆层内部整体呈现出更为细小、均匀的组织形态，覆层硬度提升约25.88%，达到569Hv0.1.关键词：JMatPro软件；微束等离子熔覆；回火；显微硬度中图分类号：TG142.1文献标识码:A DOI：10.3969/.issn.10019731.2021.03.0310引言微束等离子熔覆加工技术是表面工程中应用广泛的核心技术之一，该技术可以在钢铁零部件的表面熔覆一层性能优异的合金涂层，对基体材料进行表面强化和保护，从而提高基体材料的使用寿命或修复破损部位以恢复使用功能，与目前我国提出的节约资源、建立环境友好型社会的目标一致，受到了相关科技工作者的广泛关注［］。
比如，通过Mo/W的固溶强化作用抑制Fe的自扩散来提高其再结晶温度⑵；通过固溶强化与碳化物的弥散强化来实现合金材料热强性的提升［］;通过V元素形成的细小且长期稳定的碳/氮化物沉淀与弥散强化，来提高合金材料的热强性和蠕变性⑷；通过Cr元素的加入（注意Cr含量在大于12%时会导致5铁素体的形成，从而削弱耐热钢的蠕变强度）来提升耐热钢的耐腐蚀性及高温抗氧化腐蚀性等［］。
jmatpro凝固板块介绍
jmatpro凝固板块介绍摘要：一、JMATPRO 简介二、凝固板块功能三、凝固板块应用领域四、凝固板块优势五、结语正文：一、JMATPRO 简介JMATPRO 是一款专业的材料性能分析软件，广泛应用于材料研究、开发和制造领域。
该软件集成了多种材料模拟和分析功能，能够为用户提供全方位的材料性能预测和优化方案。
凭借其强大的功能和易用的操作界面，JMATPRO 已经成为材料工程师和科研人员的得力助手。
二、凝固板块功能凝固板块是JMATPRO 中的一个重要模块，主要负责对材料在凝固过程中的性能进行模拟和分析。
凝固板块的功能包括：1.模拟材料的凝固过程，预测材料的凝固组织和性能。
2.分析材料在凝固过程中的热应力、热变形和相变行为。
3.优化材料的凝固工艺，提高材料的性能和生产效率。
三、凝固板块应用领域凝固板块在以下领域有着广泛的应用：1.金属材料：钢铁、铝合金、铜合金等金属材料的凝固过程模拟和分析。
2.无机非金属材料：陶瓷、玻璃等无机非金属材料的凝固过程模拟和分析。
3.复合材料：金属基复合材料、陶瓷基复合材料等复合材料的凝固过程模拟和分析。
四、凝固板块优势凝固板块在材料凝固过程模拟和分析方面具有以下优势：1.高精度：基于先进的数值方法和算法，凝固板块能够提供高精度的材料凝固过程模拟和分析结果。
2.易用性：凝固板块操作界面友好，用户无需具备深厚的专业知识即可轻松上手。
3.高效性：凝固板块能够快速处理大量数据，缩短材料研究和开发周期。
4.多功能：凝固板块集成了多种材料模拟和分析功能，能够满足不同用户的需求。
五、结语JMATPRO 的凝固板块为材料研究人员和工程师提供了一个强大的工具，能够帮助他们深入了解材料在凝固过程中的性能变化，进而优化材料设计和生产工艺。
JMatPro通用钢模块介绍
Simulating inspires innovation
需要的材料性能参数
传热模拟: 每一相与温度相关的性能
- 热导率 - 热容 - 辐射系数
变形模拟: 每一相与温度相关的弹性和塑性性能
- 弹性模量, 泊松比比, 膨胀系数 - 高高温流动曲线 (取决于应变速率和温度)
-‐16 °C/s 385 °C
Ini'a'on Point
-‐52.0 °C/s Ms = 395 °C
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
锻造（Forging）
热处理(Heat Treatment)
焊接(Welding)
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
加工工模拟的途径
（Approach for Processing Simulation）
模拟结果：塑性变形减小残余应力力
不考虑塑性变形 考虑塑性变形(Kij =5x10-‐5 /MPa)
淬火之后的最小主应力分布
仿 真 智 领 创 新
Simulating inspires innovation
2. 机械性能Mechanical properties 高高温强度High temperature strength 性质的获得，通常需 应力力应变曲线Stress-strain curves 要每一相的数据！！ 3. 相转变动力力学Transformation kinetics TTT/CCT图 复杂冷却制度下的相转变Transformation at complicated
JMatPro软件介绍
二、软件功能
稳态和亚稳态的相平衡计算 凝固性能计算——用于铸造模拟 热物理及物理性能计算 机械性能计算 相转变——金属热处理设计
1.1.5 粒子活性（活 度）
上海市徐汇区凯旋路3500号华苑大厦2号楼11层A座 (200030) Tel:021-64391516 Fax:021-64391506 info@
1.1.6 热 容
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1.1.3 固定温度下的相组成
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1.1.4 各元素平均自由能
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1.1.1 单相元素组成
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1.1.2 元素在各相中的分布
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A Unique Software for Materials Properties Simulation
103_JMatPro介绍_通用钢_Kurt_20190417_v1.2
Stacking Fault Energy
堆垛层错能计算
参数设置
设置需要计算的温度上限
选择可能出现的相
40
Stacking Fault Energy 计算结果
41
Magnetic permeability
磁导率计算
室温硬度:矫顽力Hc；与硬度相关
VF铁素体体积分数
42
Magnetic permeability 计算结果
凝固过程相组成及热物性能计算
参数输入
凝固完成时的晶粒尺寸
最高计算温度设置 冷却速率设置
考虑冷却速度对凝固过程 中相转变的影响
29
Phases and Properties 计算结果
30
05
热物性能计算
31
热物性能计算
基于平衡相图计算热物性能
Thermo-Physical Properties Dynamic Extended General Stacking Fault Energy Magneto Permeability 热物性能计算 热物性能拓展 堆垛层错能计算 磁导率计算
43
06
机械性能计算
44
机械性能计算
Mechanical Properties Jominy Hardenability High Temp. Strength 淬透性计算 高温强度计算
Flow Stress Analysis
Flow Stress per Phase Fatigue Related Tempered Hardness
20
Isopleth
温度变化、合金成分变化的等成分面计算
参数输入
设置计算温度范围 设置参与计算的相 设置成分变化元素及变化范围 设置平衡元素
金属材料相图及物理性能计算软件--JMatPro V8_0简介
金属材料相图及物理性能计算软件JMatPro V8.0JMatPro包含的合金类型JMatPro软件包含一系列宽范围的合金类型，目前可以计算的合金类型包含铝合金、镁合金、铸铁、不锈钢、高中低合金钢、钴合金、镍基合金、镍铁基合金、镍基单晶超合金、钛合金、锆合金、焊料合金（锡焊）、铜合金；JMatPro 的主要特点独一无二性可以毫不夸张的说，JMatPro是金属材料性能计算方面的独一无二的软件。
在美国能源部的National Energy Technology Laboratory决定采用此软件时，软件采购负责人R. Mohn 写到：“This purchase order is being issued to Sente Software Inc because there is no alternative since they are the manufacturer of JMatPro and, as such, is the only source of this software. No other vendor can supply this software. This software is the only reliable, commercially available software available to make calculations for stable and metastable phase equibria; solidification behavior and properties; thermo-physical and physical properties; phase transformations; chemical properties; and mechanical properties for number of nickel-based and iron-based superalloys…”快速和正确的计算能力JMatPro是以强大而稳定的热力学模型、热力学数据为核心技术和计算基础的，所有物理模型的建立都经过了广泛的验证，以确保材料性能计算的准确性。
JMatPro镍基合金模块介绍热处理时的微观结构演变模型
等温时效 连续冷却
4. 应用— 强度计算
经过两次热处理之后的强度
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1. 相变动力学– TTT/CCT 图
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ΔGm
RT
⎤ ⎥⎦
κ: 常数 θ: 润湿角 α: 常数
Ref: Li, Miodownik, Saunders, Mater. Sci. Technol. 18 (2002) 861-‐868
1/3
k
=
⎡ ⎢ ⎢⎣
8
Dσ Nα (1 −
9(Nβ − Nα
Nα )Vm )2 RT
⎤ ⎥ ⎥⎦
z*N* σ = zN o ΔHm
σ: 表面能 Z*: 单位面积原子 Z:最近的原子数
Ref: Li, Saunders, Miodownik, Metall. Trans. 33A (2002) 3367-‐3373
等温时效—尺寸寸
Alloy
Nimonic 80A Nimonic 90 Nimonic 263 Nimonic PE11 Nimonic PE16
γ' diameter (nm)
Exp
Calc
20
20
20
20
22
16
18
18
18
14
一一些Nimonic 合金金计算和实验测得的结果对比
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各种Ni基合金金，实验测得和计算得到结果的对比
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磁滞回线。
(2)45%～50%Ni-Fe合金
具有坡莫合金中最高的饱和磁化强度，具有高磁导率和低矫顽力
(3)50%～65%Ni-Fe合金
有最高的居里温度，饱和磁化强度也较高，磁场热处理效应特别明显，能产 生很强的感生磁各向异性
(4)70%～81%Ni-Fe合金
金属和合金在浇入铸型后，由于冷却速度较快，在凝固时都存在枝晶偏析 枝晶偏析：固溶体晶体呈树枝状，枝干与枝间的化学成分不同 均匀化热处理：将铸件加热到低于固相线100-200℃的温度，保温较长时间
使偏析元素充分扩散，以达到成分均匀化 二次枝晶壁间距
枝间 枝 干
近真实！
发动机控制器，断路器中热双金属片的被动层；人造卫星，激光等
发展：高强度，焊接性能好
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② 坡莫合金（permalloy）
具有很高的弱磁场导磁率的一类镍铁合金，其含镍量的范围很广，在 35％－90％之间 坡莫合金的分类及应用： (1)35%～40%Ni-Fe合金
三.热物性能计算—4. Gamma/Gamma’相晶格错配度
晶格错配度：相邻两相界面上原子间距的相对差值 晶格错配度可表征镍铁基合金中������，������′两相共格界面的应变状态，是 影响合金中������′相筏形化速率及高温性能的重要因素
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Gm
X G
i i
0 i
RT X i ln X i X i X j v ( X i X j ) v
i i j v
纯组元的吉 布斯自由能 之和
理想混合熵引 起的自由能增 加
偏离理想溶液引 起的超额自由能
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镍铁基合金背景知识介绍
• 镍铁合金：主要合金元素为Ni和Fe，同时还
含有Cr、Si、S、P、C等元素 • 镍：具有磁性，在合金中添加镍可增强合 金的抗腐蚀性能，约2/3的镍用于不锈 钢的生产；是奥氏体形成元素，可改 善钢的可塑性，可焊性，韧性等 • 含镍量分为：FeNi20（Ni 15％～25％）、 FeNi30（Ni 25％～35％）、FeNi40（Ni 35 ％～45％）和FeNi50（Ni 45％～60％）
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P xi Pi 0 xi x j ( ijv ( xi x j )v )
i i j i v
③ 根据材料的相组成及每个相的性能利用混合定律计算出材料的整体性能
P x P x P PIII Fs t
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参数设置界面
均匀化温度 二次枝晶壁间距
均匀化时间
将均匀化时间等分分数
选择需要均匀化的元素
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计算结果
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三.热物性能计算
热物性能计算
平衡相组织结构
① Extended General 热物性能的计算
③ Single：固定温度和合金成分的相组成图
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热力学计算的理论基础（CALPHAD 技术）
根据热力学原理，体系在恒温恒压达到平衡的一般条件： （1）体系的总吉布斯自由能G达到最小值Gmin （2）组元i在各相中的化学势相等，即有
每一相的摩尔 吉布斯自由能：
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镍铁合金模块功能介绍、演示
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一.热力学计算—平衡相图绘制
热力学计算
① Step Temperature：温度—相组成图
② Step Concentration & Profile：合金成分—相组成图
面心立方（FCC）
体心立方（BCC） 堆垛顺序发生差错 密排六方（HCP）
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参数设置界面
需要计算的温度上限 也是计算该温度下的 相组成
选择参与计算的相
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计算结果
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1 ������−1
形成固相中合金成分 ������������ = ������������0 1 − ������������
������−1
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凝固计算的理论基础
材料性能计算：
① 相组成计算（非平衡条件下） ② 基于每一相的合金成分计算该相的相关性能
② Dynmic
③ Stacking Fault Energy：堆垛层错能计算 ④ Gamma/Gamma’相晶格错配度的计算
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热物性能计算的理论基础
材料性能计算： ① 相组成计算（平衡条件下） ② 基于每一相的合金成分计算该相的相关性能
显示不同形式的图
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二.凝固计算
凝固计算，模拟铸造过程
计算凝固过程中相组织结构， 热物性能以及冷却曲线
均匀化热处理计算
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凝固计算的理论基础
Scheil-Gulliver 模型 前提假设： ① 固相中的溶质扩散可以被忽略 ② 液相中的溶质扩散非常快，以至于扩散完全 计算公式： 形成固相所占分数 ������������ − ������ ������������ = 1 − ������������ − ������������
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镍铁合金的强化机制
• 固溶强化
加入与基体金属原子尺寸不同的元素与镍形成固溶体������（GA������������������相），引起晶格畸变
对于铁镍基合金，主要的固溶元素是Cr，Mo，W
• 沉淀强化
通过时效处理，从过饱和固溶体中第二相弥散的分布在组织中，提高强度 在NiFe合金中加入Ti，Al，Nb等元素，在时效过程可以形成������′相，是A3B型化合物，代 表类型为（Ni3（Al，Ti））。������′相的强化可通过以下途径：①增加������′相数量 ②使������′相与基体 相有适当的错配度，以获得共格畸变的强化效应
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主要几类镍铁合金
① 因瓦合金 膨胀性本质：在一定的温度范围内的热膨胀形状由低膨胀转变为高 膨胀的两部分组成 热 膨 胀 性 T 一般合金 因瓦合金 热 膨 胀 性
居里点 T
用途：测量仪的薄带和细丝以及座钟钟摆；代替铂作为封装玻璃的引丝；
三.热物性能计算—1.Dynamic
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热力学计算
载入已经计算好的结果
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计算结果
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三.热物性能计算—2. Extended General
参数设置界面
Heat treatment：在此 温度以下的相组成都 与该温度时的相组成 相同
一.热力学计算—1.Step temperature
温度设置 设置合金 成分
是否考虑所有 可能出现的稳 态相
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计算结果
合金成分一定 勾 选 择 需 要 显 示 的 相
查看某一合金元素 在各相中随温度的 查看某一相中合金 变化 元素随温度的变化
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一.热力学计算—4.Signal
Singal：计算同时固定温度和合金成分时的相组成
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计算结果
二.凝固计算——1.Phases&Properties（相组成&材料性能计算）
凝固开始温度 凝固截止点
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计算结果
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二.凝固计算——2.Homogenisation（均匀化计算）
参数设置界面
Heat treatment：在此 温度以下的相组成都 与该温度时的相组成 相同 Upper limit：设置最高 温度，对于高于Heat treatment温度的温度 下的相组成通过热力学 计算
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P xi Pi 0 xi x j ( ijv ( xi x j )v )
i i j i v
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