Thermo-Calc 2026a طراحی آلیاژ و شبیه سازی ترمودینامیکی مواد

Thermo-Calc یکی از مهم ترین نرم افزارهای مهندسی مواد برای پیش بینی رفتار ترمودینامیکی و متالورژیکی آلیاژها است. این نرم افزار بر پایه روش CALPHAD توسعه یافته و به مهندس اجازه میدهد قبل از ساخت ذوب آزمایشی یا اجرای یک سیکل حرارتی، وضعیت فازها، دماهای تبدیل، ترکیب فازها و بسیاری از خواص مواد را بر اساس ترکیب شیمیایی و شرایط فرایند محاسبه کند. کاربرد آن فقط به رسم دیاگرام فازی محدود نیست؛ از طراحی ترکیب آلیاژ و ریخته گری تا عملیات حرارتی، جوشکاری، رسوب گذاری، ساخت افزودنی و فرایند تولید فولاد را میتوان با مدل های مختلف آن بررسی کرد.

در یک مسئله واقعی، مهندس میتواند ترکیب شیمیایی آلیاژ را وارد کند و مشخص کند در چه دمایی فاز مایع تشکیل میشود، چه فازهایی در حین سرد شدن پایدار هستند، چه مقدار از هر فاز ایجاد میشود و در پایان انجماد چه ریزساختاری انتظار میرود. محاسبات Equilibrium برای بررسی تعادل فازی، Scheil برای شبیه سازی انجماد غیرتعادلی و Property Model Calculator برای محاسبه خواصی مانند چگالی، رسانندگی حرارتی، ویسکوزیته، کشش سطحی و پارامترهای وابسته به ترکیب و دما استفاده میشوند. به این ترتیب میتوان اثر تغییر درصد عناصر آلیاژی یا دمای فرایند را قبل از ورود به خط تولید بررسی کرد.

قدرت Thermo-Calc زمانی بیشتر مشخص میشود که رفتار ماده فقط در یک نقطه تعادلی بررسی نشود، بلکه سیر تحول ماده در زمان و دما نیز اهمیت داشته باشد. ماژول DICTRA برای شبیه سازی نفوذ چندجزئی، همگن سازی، انحلال و رشد فازها، کربوره کردن، نیتراسیون، نفوذ در پوشش ها و تغییرات ناشی از عملیات حرارتی استفاده میشود. TC-PRISMA نیز جوانه زنی، رشد، انحلال و درشت شدن رسوبات را محاسبه میکند و میتواند تغییر اندازه ذرات، کسر حجمی رسوبات، چگالی ذرات و شرایط Peak Aging یا Over-Aging را پیش بینی کند. بنابراین میتوان ارتباط بین سیکل حرارتی، ریزساختار و خواص نهایی آلیاژ را بسیار دقیق تر بررسی کرد.

Thermo-Calc همچنین برای مسائل مستقیم تولید و فرایندهای صنعتی توسعه داده شده است. در صنعت فولاد میتوان با Process Metallurgy Module رفتار فولاد و سرباره را در کوره قوس الکتریکی، کنورتر و کوره پاتیلی بررسی کرد و اثر افزودن فروآلیاژ، دمش گاز، دما، ترکیب سرباره و شرایط پالایش را بر کربن زدایی، گوگرد زدایی و فسفر زدایی سنجید. در ساخت افزودنی فلزات نیز میتوان انجماد سریع، ریزجدایش، خواص ترموفیزیکی و تحول رسوبات را بررسی کرد. مجموعه این قابلیت ها Thermo-Calc را از یک ابزار صرفا محاسباتی به یک بستر مهندسی برای طراحی مواد، بهینه سازی فرایند و پیش بینی ریزساختار تبدیل کرده است.

قابلیت های نرم افزار Thermo-Calc

• محاسبه تعادل فازی | Equilibrium Calculations
  محاسبه فازهای پایدار و مقدار هر فاز بر اساس ترکیب شیمیایی، دما، فشار و شرایط ترمودینامیکی؛ مناسب برای تعیین محدوده پایداری فازها و بررسی تغییرات ترکیب آلیاژ.
• رسم دیاگرام های فازی | Phase Diagram Calculations
  تولید دیاگرام های دوتایی، سه تایی و چندجزئی برای بررسی مرز فازها، واکنش های فازی، محدوده های انجماد و مسیرهای تغییر ریزساختار.
• شبیه سازی انجماد غیرتعادلی | Scheil Solidification
  پیش بینی مسیر انجماد آلیاژ در شرایطی که نفوذ در فاز جامد محدود است و بررسی Microsegregation، کسر جامد، دماهای انجماد و تشکیل فازهای انتهایی.
• محاسبه خواص ترموفیزیکی | Thermophysical Properties
  محاسبه خواصی مانند چگالی، ظرفیت گرمایی، آنتالپی، گرمای نهان، رسانندگی حرارتی، ویسکوزیته و کشش سطحی به عنوان تابعی از دما و ترکیب.
• تحلیل تحول فازها | Phase Transformation Analysis
  بررسی تغییرات فازی در حین گرم کردن و سرد کردن و تعیین دماهای تبدیل و شرایط تشکیل فازهای پایدار و متاستابل.
• شبیه سازی نفوذ چندجزئی | Multicomponent Diffusion
  مدل سازی حرکت همزمان عناصر در آلیاژ و بررسی همگن سازی، انحلال فازها، رشد لایه ها، نفوذ در پوشش ها و تغییرات ترکیبی ناشی از عملیات حرارتی.
• پیش بینی رسوب گذاری | Precipitation Kinetics
  محاسبه جوانه زنی، رشد، انحلال و درشت شدن رسوبات و بررسی تغییر اندازه، کسر حجمی و چگالی ذرات در سیکل های حرارتی مختلف.
• تحلیل فرایندهای متالورژیکی | Process Metallurgy Simulation
  مدل سازی تغییر ترکیب فولاد و سرباره در مراحل ذوب و پالایش و بررسی فرایندهایی مانند کربن زدایی، گوگرد زدایی، فسفر زدایی و اکسیژن زدایی.
• مدل سازی ساخت افزودنی فلزات | Additive Manufacturing Modeling
  بررسی شرایط انجماد سریع، ریزجدایش، خواص وابسته به دما و ترکیب، تحول ریزساختار و رفتار رسوبات در فرایندهای Powder Bed Fusion.
• بهینه سازی ترکیب و فرایند | Alloy and Process Optimization
  مطالعه اثر ترکیب شیمیایی و پارامترهای فرایند بر فازها، خواص و ریزساختار و مقایسه سناریوهای مختلف پیش از اجرای آزمایش یا تولید صنعتی.

ماژول ها و افزونه های مهم Thermo-Calc

• ماژول Thermo-Calc
  هسته اصلی محاسبات ترمودینامیکی و خواص مواد شامل Equilibrium، دیاگرام های فازی، Scheil، Property Model Calculator و سایر محاسبات عمومی.
• ماژول Diffusion (DICTRA)
  شبیه سازی نفوذ چندجزئی و تحول فازهای کنترل شده با نفوذ در عملیات حرارتی، جوشکاری، پوشش ها، همگن سازی و فرایندهای متالورژیکی.
• ماژول Precipitation (TC-PRISMA)
  مدل سازی سینتیک رسوب گذاری شامل جوانه زنی، رشد، انحلال و Coarsening و پیش بینی تکامل رسوبات در سیکل های حرارتی.
• ماژول Process Metallurgy
  شبیه سازی فولادسازی و پالایش فولاد، سرباره و گاز و بررسی تغییر ترکیب و واکنش های متالورژیکی در کنورتر، EAF و Ladle Furnace.
• ماژول Additive Manufacturing
  مدل سازی متالورژی فرایند Powder Bed Fusion و ارتباط شرایط حرارتی و انجماد با ریزساختار، ریزجدایش و تحول رسوبات.
• کتابخانه Steel Model Library
  مجموعه مدل های تخصصی فولاد برای محاسبه دماهای مارتنزیت، کسر مارتنزیت، استحکام فولاد مارتنزیتی، دماهای بحرانی و مدل های Pearlite، Bainite، Ferrite، CCT و TTT.
• کتابخانه Nickel Model Library
  مدل های اختصاصی آلیاژهای نیکل برای محاسبه انرژی مرزدانه ضدفازی، Coarsening، Solvus فازهای منظم و ارزیابی Strain-Age Cracking.
• کتابخانه Titanium Model Library
  مدل های اختصاصی آلیاژهای تیتانیوم برای پیش بینی استحکام، سختی، تنش جریان و دماهای مرتبط با تبدیل مارتنزیتی.
• کتابخانه Noble Metal Alloys Model Library
  مدل های خواص اختصاصی برای آلیاژهای فلزات گرانبها و کاربردهای مرتبط با طلا، نقره، پلاتین و سایر سیستم های مورد استفاده در صنایع تخصصی.
• SDK های Thermo-Calc
  اتصال محاسبات Thermo-Calc به نرم افزارها و کدهای اختصاصی از طریق TC-Python، TC-Toolbox for MATLAB و TQ-Interface و امکان ساخت گردش کارهای محاسباتی و پردازش های خودکار.

پایگاه داده های مهم Thermo-Calc

• TCFE | Steel and Fe-Alloys
  پایگاه داده تخصصی فولاد و آلیاژهای آهن برای تحلیل فازهای آستنیت و فریت، انجماد و تشکیل کاربیدها، نیتریدها، بوریدها، اکسیدها، فازهای سیگما و Laves و سایر فازهای ثانویه.
• TCNI | Nickel and Cobalt-Based Alloys
  پایگاه داده آلیاژهای نیکل و کبالت و سوپرآلیاژها برای بررسی فازهای پایدار و متاستابل و طراحی و ارزیابی مواد دما بالا.
• TCAL | Aluminium-Based Alloys
  پایگاه داده آلیاژهای آلومینیوم شامل خانواده های صنعتی سری 1000 تا 7000 و بسیاری از آلیاژهای ریختگی و سیستم های Al-Li، Al-Sc، Al-Sn و Al-Ce.
• TCTI | Titanium and TiAl-Based Alloys
  داده های ترمودینامیکی و خواص برای آلیاژهای تیتانیوم و TiAl و بررسی رفتار فازی سیستم های چندجزئی این خانواده.
• TCMG | Magnesium-Based Alloys
  پایگاه داده اختصاصی سیستم های آلیاژی منیزیم برای محاسبات تعادل فازی، طراحی ترکیب و بررسی رفتار متالورژیکی.
• TCCU | Copper-Based Alloys
  پایگاه داده آلیاژهای مس برای بررسی فازها، تعادل های ترمودینامیکی و رفتار سیستم های چندجزئی مبتنی بر مس.
• TCHEA | High Entropy Alloys
  داده های ترمودینامیکی برای بررسی آلیاژهای با آنتروپی بالا و سیستم های چندعنصری پیچیده.
• TCOX | Oxide and Steelmaking Systems
  داده های مورد استفاده در مدل سازی سیستم های اکسیدی، سرباره و فرایندهای فولادسازی و پالایش.
• Mobility Databases
  پایگاه های داده سینتیکی متناظر با سیستم های آلیاژی که اطلاعات تحرک اتمی مورد نیاز برای DICTRA، TC-PRISMA و برخی محاسبات سینتیکی را فراهم میکنند.
• General Alloys and Pure Substances
  پایگاه های عمومی SSOL و SSUB برای سیستم های آلیاژی و مواد خالص که در مسائل مختلف طراحی آلیاژ، پوشش، اتصال، عملیات حرارتی و مواد معدنی نیز قابل استفاده هستند.

انتخاب پایگاه داده در Thermo-Calc بخش تعیین کننده ای از دقت محاسبات است. پایگاه های ترمودینامیکی برای تعیین تعادل و پایداری فازها استفاده میشوند و پایگاه های Mobility داده های لازم برای مدل سازی حرکت اتم ها و تحول زمانی ریزساختار را فراهم میکنند. Thermo-Calc در حال حاضر بیش از 40 پایگاه داده تخصصی برای خانواده های مختلف مواد ارائه میکند و پایگاه های آن بر اساس روش CALPHAD و ارزیابی داده های تجربی و نظری توسعه داده میشوند.

کاربردهای تخصصی در صنایع

• صنایع فولاد و فولاد آلیاژی
  طراحی گریدهای جدید فولاد، تعیین فازهای تعادلی و متاستابل، پیش بینی انجماد، کنترل رسوب گذاری، طراحی عملیات حرارتی و بررسی CCT و TTT در تولید فولادهای ساختمانی، ابزار، زنگ نزن و دما بالا.
• صنایع آلومینیوم و آلیاژهای سبک
  طراحی ترکیب آلیاژ، بررسی انجماد و ریزجدایش، پیش بینی رسوبات و تنظیم عملیات محلولی و Aging در آلیاژهای کارشده و ریختگی آلومینیوم.
• صنایع هوافضا و سوپرآلیاژها
  طراحی و ارزیابی آلیاژهای پایه نیکل، کبالت و تیتانیوم، کنترل فازهای ناخواسته، بررسی رسوب های تقویت کننده و مطالعه رفتار مواد در دماهای بالا.
• صنایع ریخته گری و تولید قطعات فلزی
  پیش بینی دماهای Liquidus و Solidus، محدوده انجماد، کسر جامد، Microsegregation، تشکیل فازهای انتهایی و خواص ترموفیزیکی مورد نیاز برای مدل سازی فرایند ریخته گری.
• صنایع فولادسازی و متالورژی ثانویه
  بررسی رفتار فولاد و سرباره در EAF، BOF و Ladle Furnace و تحلیل اثر دما، ترکیب سرباره، اکسیژن و افزودنی ها بر گوگرد زدایی، فسفر زدایی، کربن زدایی و اکسیژن زدایی.
• صنایع ساخت افزایشی فلزات
  ارزیابی قابلیت ساخت آلیاژهای فلزی، شبیه سازی انجماد سریع و ریزجدایش و بررسی تحول فازها و رسوبات در فرایندهای Powder Bed Fusion.

✅ بیشتر بخوانید: FactSage تحلیل پیشرفته ترمودینامیکی و متالورژیکی