COMSOL Multiphysics^® 5.5 發布亮點

金屬加工模塊

COMSOL Multiphysics^® 5.5 版本引入了新的“金屬加工模塊”。這一附加模塊支持您對鋼和鑄鐵等材料中的冶金相變進行建模。

金屬加工模塊概述

“金屬加工模塊”引入了兩個新的物理場接口：金屬相變 和奧氏體分解，用于分析冶金相變。這兩個接口都提供對擴散型相變和位移型相變進行建模的功能。和所有 COMSOL Multiphysics^® 附加模塊相同，“金屬加工模塊”也是基于多物理場的思想開發的。

該模塊與“傳熱模塊”結合使用時，可以提供更復雜的傳熱功能，能夠計算有效熱材料屬性以及相變潛熱和熱輻射效應。類似地，通過與“結構力學模塊”及其附加模塊結合使用，可以計算殘余應力、相變應變和變形。此外，“金屬加工模塊”還可以計算有效力學材料屬性，并可以包含相變誘導塑性 (TRIP) 和熱應變等現象。

金屬相變接口

金屬相變 接口通過計算熱處理過程中變速齒輪、主軸和其他軸等組件中相組成的演變情況，可以研究鋼等材料在加熱或冷卻過程中發生的冶金相變。金相 特征用于定義初始相分數和材料屬性，相變 特征用于定義源相、目標相和相變模型。在添加該接口時，軟件會自動生成兩個金相 節點和一個相變 節點，這是建立此類模型的最低要求。然后，您可以在模型中定義任意數量的附加相和相變。

該接口提供三種類型的相變模型：

• Leblond–Devaux 模型
• Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov (JMAK) 模型
• Koistinen–Marburger 模型

前兩個模型適用于分析擴散控制的相變，例如奧氏體分解成鐵素體的情況。最后一個模型適用于對位移型（無擴散）馬氏體相變進行建模。除了這些模型以外，您還可以定義自己的相變模型。

本例演示使用 金屬相變接口模擬金屬棒的相變。設置窗口顯示用于將奧氏體分解為鐵素體和珠光體混合組織（右）的 Leblond-Devaux 模型。圖中還顯示了在 30 分鐘標記處，金屬棒半徑上的所有相分數（左下）。

奧氏體分解接口

奧氏體分解 接口以金屬相變 接口為基礎，但專門用于鋼的淬火。因此，在添加該接口時，軟件會自動生成金相 和相變 “模型開發器”樹節點，它們表示奧氏體分解過程中最常見的相變過程。通過使用奧氏體分解 接口，您可以計算相組成在組件中的特定位置如何隨時間變化，并計算淬火后的殘余應力狀態。

圖中顯示 奧氏體分解接口和 設置窗口。直齒輪中顯示殘余應力。

相變模型校準

對于給定的相變，需要進行實驗校準。通過使用金屬相變 和奧氏體分解 接口，您可以計算常見的相變圖，以便根據實驗數據進行校準。相變圖計算模型對計算的連續冷卻轉變 (CCT) 圖進行了舉例說明。

計算的連續冷卻轉變 (CCT) 圖的示例。

多物理場功能

“金屬加工模塊”提供兩個多物理場耦合節點，以便與固體傳熱 和固體力學 接口進行耦合。相變潛熱 多物理場耦合用于包含冶金相變過程中釋放或吸收的熱量。相變應變 多物理場耦合用于包含 TRIP、單金相的塑性和熱應變。多物理場耦合可以與金屬相變 和奧氏體分解 接口結合使用。此外，“金屬加工模塊”還可以與“AC/DC 模塊”一起用來模擬感應淬火，而滲碳等工藝可以作為一般的擴散問題進行建模。

教學案例

“金屬加工模塊”提供四個完整的教學案例，用于演示可用的特征和功能。

相變圖計算

該模型演示如何計算相變圖。結果顯示計算的 CCT 圖。

“案例庫”標題：
transformation_diagram_computation
從“案例下載”頁面下載

圓棒中的相變

該模型顯示如何模擬從奧氏體狀態冷卻的圓棒的相變。結果顯示馬氏體的相分數。

“案例庫”標題：
phase_transformations_in_a_round_bar
從“案例下載”頁面下載

鋼坯淬火

該模型顯示如何模擬鋼坯的油淬火。結果顯示各種金相的相組成隨時間的變化情況。

“案例庫”標題：
quenching_of_a_steel_billet
從“案例下載”頁面下載

鋼齒輪的滲碳淬火

此模型顯示如何模擬鋼齒輪的滲碳淬火工藝。結果顯示齒輪中的殘余應力。

“案例庫”標題：
carburization_and_quenching_of_a_steel_gear
從“案例下載”頁面下載