Thermodynamische und kinetische Berechnungen mit Thermo-Calc, DICTRA und PRISMA
Computergestützte Simulationen und Berechnungen sind ein wichtiger Bestandteil der werkstofftechnischen Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Seit Oktober 2024 ist das Thermo-Calc-Software-Paket mit den Add-On-Modulen DICTRA und TC-PRISMA in der Professur Werkstofftechnik verfügbar.
Das Thermo-Calc-Software-Paket besteht aus verschiedenen Modulen zur Berechnung von thermodynamischen Fragestellungen in mehrkomponentigen Legierungssystemen und dazu notwendigen Werkstoffdatenbanken, die sich auf theoretische und experimentelle Informationen stützen. Die Berechnung der temperaturabhängigen Phasenanteile von Legierungen und deren chemischer Zusammensetzung mit Thermo-Calc erlaubt ein tieferes Verständnis über werkstoffinterne Vorgänge bei Herstellung, Wärmebehandlung, Verarbeitung und Einsatz. Dies ermöglicht eine zielgerichtete Werkstoffentwicklung und erhöht die Effektivität sowie den Erkenntnisgewinn bei der Durchführung von experimentellen Untersuchungen.
Die Professur Werkstofftechnik hat Zugriff auf die Datenbanken für Fe-Basislegierungen (TCFE13 und MOBFE8), welche auf alle technisch relevanten Stahl- und Gusseisenlegierungen angewendet werden können.
Mit Hilfe von Thermo-Calc können
- temperaturabhängige Phasendiagramme für komplexe Legierungen
- Löslichkeitsgrenzen, chemische Zusammensetzung und Anteil von Phasen
- thermodynamische Größen (wie Enthalpie, Entropie, Wärmekapazität etc.)
- Umwandlungstemperaturen (Solidus, Liquidus oder Austenitisierungstemperatur)
- Erstarrungsvorgänge durch das Scheil-Gulliver Modell
berechnet und anschaulich dargestellt werden. Dabei steht häufig die Veränderung der Legierung durch Einsatz unter spezifischen Bedingungen, die Zugabe von Legierungselementen oder die Reduktion von Begleitelementen im Fokus der Fragestellungen, welche die Eigenschaften maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus erlauben Add-Ons DICTRA und TC-PRISMA weiterer Simulationen.
Das Diffusionsmodul DICTRA ermöglicht die Modellierung von diffusionskontrollierten Mehrkomponentenumwandlungen. Hierfür wird neben der thermodynamischen Datenbank (TCFE13) zusätzlich eine kinetische Datenbank (MOBFE8) verwendet, die Informationen zu der Mobilität von Atomen im den relevanten Phasen liefert.
Mit DICTRA können folgende diffusionsgesteuerte Prozesse analysiert werden:
- Mikroseigerung von Legierungen während der Erstarrung
- Homogenisierung von Legierungen bei der Wärmebehandlung
- Wachstum oder Auflösung von Sekundärphasen (Karbide, Nitride oder intermetallischen Phasen)
- temperaturabhängige Vergröberung von Ausscheidungsphasen
- allotrope Phasenumwandlungen (α-γ-Umwandlung bei Stahl oder α-β-Umwandlung von Titanlegierungen)
- Aufkohlung, Nitrierung und Carbonitrierung von Hochtemperaturlegierungen
- Interdiffusion in heterogenen Verbundwerkstoffen
- Wärmebehandlungs- und Sinterprozesse
Das Ausscheidungsmodul TC-PRISMA erlaubt die gleichzeitige Simulation von Keimbildung, das Wachstum (oder Auflösung) und die Vergröberung von Phasen unter beliebigen Wärmebehandlungsbedingungen in komplexen Mehrkomponenten- und Mehrphasensystemen. TC-PRISMA erweitert die in Thermo-Calc verfügbare Funktionalität, indem es Berechnungen im Zusammenhang mit Ausscheidungen ermöglicht.
Mit TC-PRISMA können folgende Prozesse bzw. Parameter analysiert werden:
- Keimbildung, Wachstum oder Auflösung und Vergröberung von Ausscheidungen
- Volumenanteil und Zusammensetzung von Ausscheidungen
- Keimbildungsrate und Vergröberungsrate
- zeitliche Entwicklung der Partikelgrößenverteilung
- durchschnittlicher Partikelradius und Anzahldichte
- Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramme
- Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramme
Ansprechpartner
