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JMatPro镁合金模块介绍

中仿科技施翀（Joy） 2011年12月





镁合金背景知识介绍

镁合金模块功能介绍、演示

热力学计算

凝固计算

热物性能计算

目录





镁合金背景知识介绍

Mg合金：以镁为基加入其他元素组成的合金

Mg合金的主要合金元素

• 铝（Al）在镁中有较大的固溶强化作用，形成Mg17Al12相

• 锌（Zn）强化相MgZn强化效果大，锌含量超过6%时，强度和塑性明显降低

• 锆（Zr）少量锆可细化晶粒，减小热裂倾向和提高力学性能

• 锰（Mn）降低塑性，提高耐腐蚀性能和焊接性能

• 稀土元素（RE）改善耐热性，降低氧化速率





镁合金的分类

① 按照成形工艺或产品形式分类

铸造镁合金

变形镁合金

② 按照主要合金元素分类

Mg-Al-Zn-Mn系 (AZ)

Mg-Al-Mn系 (AM)

Mg-Al-Si-Mn系(AS)

Mg-Al-RE系 (AE)

Mg-Zn-Zr系 (ZK)

Mg-Zn-RE系 (ZE)

……

镁合金

铸造镁合金变形镁合金





镁合金的特点

1. 密度小，比铝合金低27%，比锌合金低36%，仅为钢铁的1/4

2. 比强度，比刚度高

3. 弹性模量低，当受外力作用时应力分布更加均匀，避免过高的应力集中

4. 传热性好，导热系数比塑料高

5. 电磁波屏蔽性好，比塑料上电镀屏蔽膜的效果好

6. 良好的切削性能，是最易切削加工的金属材料

7. 其他





镁合金模块的功能介绍和演示





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

③ Single：固定温度和合金成分的相组成图





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

i j v

v

jivji

i i

iiii XXXXXXRTGX )(ln0

mG

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

每一相的摩尔吉布斯自由能：





一.热力学计算—1.Step temperature

设置合金成分

温度设置

是否考虑所有可能出现的稳态相





计算结果

合金成分一定

勾选择需要显示的相

查看某一相中合金元素随温度的变化

查看某一合金元素在各相中随温度的变化

还给出了热力学函数变化曲线





一.热力学计算—2.Step Concentration

固定温度

选择平衡元素选择一种合金元素平衡元素

除了成分变化以外的合金元素全为平衡元素





计算结果





一.热力学计算—3.Profile

Profile：计算固定温度时的合金成分变化—相组成图多种合金成分同时变化时





参数设置界面

确定计算步长

指定多种合金成分同时变化除Mg以外，Mg为平衡元素





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





参数设置界面





计算结果

显示不同形式的图





二.凝固计算

凝固计算

计算凝固过程中相组织结构，热物性能以及冷却曲线





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

形成固相中合金成分

𝐶𝑠 = 𝑘𝐶0 1 − 𝑓𝑠𝑘−1

𝑓𝑠 = 1 −𝑇𝑓 − 𝑇

𝑇𝑓 − 𝑇𝐿

1𝑘−1





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

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

0 ( ( ) )v v

i i i j ij i j

i i j i v

P x P x x x x

t III sP x P x P P F





凝固计算——Phases&Properties（相组成&材料性能计算）

冷却开始温度

凝固截止点





计算结果：





三.热物性能计算

热物性能计算

计算平衡相组织所对应的热物性能





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

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

0 ( ( ) )v v

i i i j ij i j

i i j i v

P x P x x x x

t III sP x P x P P F





二.热物性能计算—1.Dynamic

参数设置界面

热力学计算平衡组织





计算结果：





二.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

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





计算结果

在指定温度以下，相组成完全相同

即使相组成相同，但是由于不同温度下纯组元的性能不同，造成材料整体性能不同

0 ( ( ) )v v

i i i j ij i j

i i j i v

P x P x x x x





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