Jmatpro基本原理及操作指南——镍基合金为例

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高温合金：在较高温度下（600℃），能够承受一定应力并具有抗氧化或耐腐蚀能力的合金，主要有钴基合金、镍基合金和铁基合金

固溶强化：加入与基体合金原子尺寸不同的元素（Mo、Co、Cr、V），与镍形成固溶体γ相（GAMMA），引起晶格畸变。沉淀强化：通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ‘、γ”或碳化物等）γ’相是A3B型化合物，代表类型有Ni3（Al/Ti）。增加γ‘相数量并使γ‘相与基体相有适当的错配度，以获得共晶畸变的强化效应。

热力学计算

主要是平衡相图的计算

Step temperature：计算固定合金成分时，温度变化下相的组成

Step concentration and Profile：计算某一温度下，随着合金成分变化下的相图

Single：同时固定温度和成分的相图

相图绘制理论

CALPHAD技术，根据热力学原理，体系在恒温恒压下达到平衡的一般条件：

1、体系的总吉布斯自由能达到最小值,

其中，是纯组元的吉布斯自由能之和（简单机械混合的）；理想混合熵引起的自由能增加（形成固溶体的，原子之间大小相等，相互作用相近）；偏离理想溶液引起的差额自由能（固溶体的，原子大小不等的）。

2、组元i在各相中的化学势相等

Step temperature

Ph是查看某一相合金元素随温度的变化

EI查看某一合金元素在各项中随温度的变化

T具体的某一温度下的相图

还有热力学函数的变化曲线：∆G（偏摩尔吉布斯自由能）、αi（激活能）、Cp（材料热容）、H焓、G吉布斯自由能和S熵值（指材料整体的）

Step concentration

Profile

计算固定温度下，计算多种合金成分同时变化时的组成相图

Single

同时固定温度和合金成分的相组成

凝固计算

Solidification：模拟铸造过程

Phases and properties：计算凝固过程中的相组织结构、热物性能及冷却曲线

Homogenization：均匀化热处理计算

理论基础

Scheil-Gulliver模型假设：

1. 固相和液相中的溶质扩散可以忽略
2. 液相中的溶质扩散非常快，可以完全扩散

合金成分计算公式：

C0是最初的成分浓度，fs是形成固相所占分数：

成分计算出来后，基于每一相的合金成分计算该相的相关性能：

其中，纯主元素的机械混合性能，是组元间的相互作用，使相关性发生的变化，相互作用系数。根据材料的相组成及每个相的性能，利用混合定律计算材料的整体性能：

其中，xα+xβ=1，Fs是组织的分散度，PIII是与材料拓扑结构有关的系数。

Phase and properties

相组成和材料性能计算

凝固截止点，Scheil-Gulliver模型考虑了反向扩散，将导致两种情况，原本在凝固的最后阶段我们预测出现的相，没有出现；第二种是在实际达到100凝固前就完全凝固了，因此设置一个凝固截至点。

Homogenization

均匀化计算，金属和合金在凝固过程中，由于冷却速度较快，在凝固时存在枝晶偏析。就是固溶体晶体呈现树枝状，枝干与枝间的化学成分不同。

均匀化热处理就是将试样加热到低于固相线100-200℃，保温较长时间，使偏析元素充分扩散，达到成分的均匀化。

热物性能计算

根据热力学平衡计算，得到平衡条件下的热物性能

Extended general和Dynamic根据平衡相组织结构计算材料热物性能

Gamma mismatch是相晶格错配度的计算

Stacking fault energy 堆垛层错能，原子存在错排，与材料的位错、滑移和相变是相关的，进而影响相关性。

材料性能计算同上

Dynamic

Extended general

即使相组成相同，但是由于不同温度下纯组元的性能不同，导致材料整体性能不同，就是Pi0发生了变化。