预测 Al-Cu-Mg 合金的热裂倾向

目的: 学习使用凝固模块预测一个合金的热裂敏感因子

模块: 凝固模块

热力学+迁移率数据库: PanAl_TH+MB.pdb

sdb文件: Al_Alloys.sdb

说明: 在 Pandat™ 2022 版本中， CSI已经定义为系统内置性质，在"Table editor"界面，用户可以直接选择或者输入CSI来替代表达式 "-T//sqrt(fs)"。

热裂是合金铸造和焊接过程中常见的一种缺陷。裂纹的产生通常与凝固后期晶界处的凝固行为有关。Prof. Kou [2005Kou] 提出一种简单方便热裂敏感指数 (crack susceptibility index (CSI)) 来衡量一个合金的热裂倾向。该指数定义为凝固后期当 (f_s)^1/2 < 0.99 时，|dT/d(f_s)^1/2| 的最大值。该值越大则表明合金的热裂倾向越大。CSI 指数成功地应用于描述了一系列Al合金的热裂倾向。 本例将介绍如何在Pandat™PanSolidification中直接模拟获得CSI值。同时介绍如何设置额外表格和图形。本例中使用 的为包含了热力学和迁移率数据的商用数据库PanAl_TH+MB.pdb。

计算过程:

• 创建工作空间，选择PanSolidification： 参见Pandat 用户手册: 工作空间（Workspace）；

• 调用 PanAl_TH+MB.pdb数据库，选择Al，Cu，Zn组元： 参见Pandat 用户手册: 调用数据库；

• 从菜单栏PanSolidification → Load SDB或者单击按钮后，调用 Al_Alloys.sdb文件；选择合金Al alloys；

• 设置如 图 1所示凝固条件： 合金成分为 Al-5wt.%Cu-2wt.%Mg， 通过(Thermal History) 窗口设置从680 °C 到 380 °C，时间为15 s，获得冷却速率为 20 K/s；温度梯度 (Temperature gradient) 设置为 10^-3 °C/μm； (提醒：设置条件时注意所使用的单位)

• 设置“Extra Outputs table”： 单击图 1 中“Extra Outputs”，将出现如图 2所示的新界面，点击 “+” 后，弹出图 3所示Table Editor。从这个界面用户可以从左侧选择或直接键入要导出的性质，例如： sqrt(fs), -T//sqrt(fs)。本例中 -T//sqrt(fs) 代表 -dT/d(f_s)^1/2，在Pandat™软件中语法“//”表示微分。通过此设置，计算结果中除默认(Default)表外，还将创建这个“generated”表格。（说明：Pandat™2022版本中可以直接选择CSI来替代-T//sqrt(fs)）

• 设置“Extra Outputs graph”：单击图 2所示的 “Set extra output”界面中的“Graph”按钮，在点击 “+” 添加新的图形。 弹出如图 4所示的界面。选择上一步添加的“generated”表格。将sqrt(fs)从左列拖动到右列的X轴； 将- T//sqrt(fs)从左列拖动到右列的Y轴。然后单击OK。 完成此设置后，除默认图fs vs T 以外，还将自动绘制-T//sqrt(fs)与sqrt(fs)的图形。

• 点击OK，开始凝固模拟。 (详细信息参见 Pandat 用户手册: 详细教程).