凝固模块的高通量计算教程

热裂是在合金焊接和铸造凝固中发生的常见缺陷。裂纹通常在凝固的最后阶段沿着晶界产生。Kou教授[2015Kou] 提出了一个标准，用一个简单的裂纹敏感性指数（CSI）来描述裂纹敏感性，它定义为|dT/d(fs)1/2| 在 fs1/2 < 0.99时的最大值。CSI标准已成功应用于几种Al基合金系统。在此示例中，我们将介绍如何在凝固模块中使用HTC功能生成Al-Cu-Mg三元合金体系在富Al角的热裂敏感性图。

  1. 创建工作空间并选择PanSolidification模块，并将其保存在不同于默认工作空间的一个用户指定文件夹中。HTC的计算结果将被自动存储在该文件夹下。

  2. 调用合适的数据库并选择Al-Cu-Mg体系

  3. 调用合适的凝固动力学参数数据库(.sdb)并选择凝固合金体系。

  4. 通过菜单栏Batch Calc → High Throughput Calculation (HTC) 选择HTC功能。

  5. 在弹出的HTC下拉列表的窗口中选择计算类型为“pan_solidification”.

    6. 图 1:  在PanSolidification模块中选择HTC的计算类型

  6. 定义HTC模拟的成分空间。如图 2所示，Cu和Mg的组成分别在0-5和0-5（wt.％）的范围内变化。

  7. 定义HTC模拟的冷却速率。用户可以使用图 2中的Thermal History对话框定义冷却速率（CR）或选择“Load C. Curve”，然后单击“Import CC”按钮浏览并加载预定义的冷却曲线（.txt或.dat ）数据文件。冷却曲线文件的格式可参见在控制台模式下进行析出模拟高通量计算中的图 1。除冷却速率外，还需要定义凝固速率(V)或温度梯度(G)，在凝固过程中这三个参数有相互关系：CR=G x V； 因此，凝固速率和温度梯度二者之间只需要选择定义其中一个参数。

    8. 图 2:  设置PanSolidification HTC的成分空间和凝固条件

  8. 除了使用默认输出外，用户还可以使用“Extra Outputs”功能自定义输出。在本例中，我们还额外定义了时间；T-温度；w(*)–合金成分；fs–固相分数；sqrt(fs)–固相分数的开方值；以及CSI– 裂纹敏感性指数(CSI) |dT/d(fs)1/2|。（说明： 在Pandat™ 2022 版本中， 引入CSI为内置参数，可以直接输出。早于Pandat™2022的版本可以定义-T//sqrt(fs) 来代替CSI。）

  9. 设置好HTC的成分空间并定义/导入热历史（见图 2）后，用户可以单击“Run HTC”按钮执行HTC模拟。

  10. 在“Batch Calc”菜单运行“Result Analysis”。用户可以使用此命令来分析一组合金的计算结果，并从每次计算中选择某一性质进行比较。如图 3所示，选择标准为每一成分点在sqrt(fs) < 0.99 条件下CSI值的最大值,限制条件为：CSI=MAX(CSI)。

    11. 图 3:  从凝固结果分析中设置裂纹敏感性指数（CSI）

  11. 如图 4所示为以20 K/s的冷却速度获得的Al-Cu-Mg合金的裂纹敏感性图。用户可以在此保存的工作空间上运行“Result Analysis”，并使用其他规则来挖掘更多信息。

    12. 图 4:  Al-Cu-Mg 在冷却速率为20 K/s的裂纹敏感性图

[2015Kou] S. Kou, A criterion for cracking during solidification, Acta Mater., 88 (2015) 366-374.