عنوان :

مقاله الگو سازی ترمودینامیکی از تعادل فاز ترکیبات چند تایی

تعداد صفحات : ۳۳

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده :

در طی ۳۰ سال اخیر پیشرفت بسیارزیادی در زمینه محاسبه نمودار فازی حاصل شده است. این روند  به مادامی که توضیحات مدل بهبود یافته و فن آوری کامپیوتر پیشرفت می یابد ، ادامه خواهدیافت .

در این مقاله به تاریخچه مختصری از نمودارهای فازی و یک مرور کلی بر ابزار نرم افزاری رایانه ای و داده ها ارائه شده است. در نهایت کاربردهای مختلفی از محاسبه های نمودارهای فازی تشریح شده است.

اطلاعات عددی نمودار فازی همچنین بطور مکرر بمنظور عملکرد الگو سازی مورد نیاز است . تا آنجایی که حتی نمودارهای فازی نمایش تعادل ترمودینامیکی است. که بخوبی ایجاد کرده که تعادلهای فازی می تواند تعادل موضعی بمنظور توصیف فازهای میانی سطوح داخلی بکار ببرد.

توضیحات مدل استفاده شده در روش CALPHAD به طور ثابت بهبود می یابند که امکان ارزیابی هایی را فراهم می کند که حتی بتوان منحنی های پیچیده را نیز به خوبی تولید کرد .

تعداد زیادی از سیستمها بررسی شده اند که  امکان ساخت منابع اطلاعاتی را برای محاسبه دیاگرامهای فازی آلیاژهای تجاری پیچیده فراهم می آورد.

واژه های کلیدی: روش CALPHAP  ، نمودارهای فازی، الگو سازی ترمودینامیکی،

فهرست مطالب

چکیده :    ۱
مقدمه :    ۲
تاریخچه :    ۳
قلمروی محاسبه های نمودارهای فازی:    ۴
الگوها توصیف ترمودینامیک :    ۷
تعیین ضرایب :    ۱۳
قابلیت اصلاح :    ۱۶
داده ها و ابزارهای نرم افزاری رایانه‌ای :    ۲۰
مثالهای مشخص :    ۲۲
نتیجه گیری:    ۲۹
منابع    ۳۰

منابع

۱٫   “Binary Alloy Phase Diagrams”, 2nd Ed., Vol. 1-3, Ed. in Chief: T.B. Massalski, ASM International, Materials Park, OH, 1990

۲٫    B. Predel, “Phase Equilibria, Crystallographic and Thermodynamic Data of Binary Alloys”, Vol. 5, Subvol. a-g, Ed. in Chief O. Madelung, Landolt-Börnstein, New Series, Springer, Berlin, Germany, 1991-1997; onward

۳٫    “Phase Equilibria Diagrams”, Vol. IX-XII, Compiled in the Ceramics Division of NIST, The American Ceramic Society, Westerville, OH, 1992-1996; onward

۴٫    “Phase Diagrams for Ceramists”, Vol. I-VIII, Compiled in the Ceramics Division of NIST, The American Ceramic Society, Westerville, OH, 1964-1990

۵٫    P. Villar, A. Prince and H. Okamoto, “Handbook of Ternary Alloy Phase Diagrams”, Vol. 1-10, ASM International, Materials Park, OH, 1995

۶٫    “Ternary Alloys: A comprehensive Compendium of Evaluated Constitutional Data & Phase Diagrams”, Vol. 1-15, Eds.: G. Petzow and G. Effenberg, VCH Verlagsgesellscahft, Weinheim, Germany, 1988-1995; onward

۷٫    J. Hertz, J. Phase Equilibria, 13 (1992) 450-458

۸٫    J.J. van Laar, Z. phys. Chem., 63 (1908) 216-253, 64 (1908) 257-297

۹٫    J.H. Hildebrand, J. Amer. Chem. Soc., 51 (1929) 66-80

۱۰٫    J.L. Meijering, Philips Res. Rep., 5 (1950) 333-356, 6 (1951) 183-210

۱۱٫    J.L. Meijering and H.K. Hardy, Acta Metall., 4 (1956) 249-256

۱۲٫    J.L. Meijering, Acta Metall., 5 (1957) 257-264

مقدمه :

نمودارهای فازی نمایش دهنده حالت یک ماده بعنوان تابعی از دما و فشار و غلظتهای ترکیبهای تشکیل دهنده هستند و بنابراین بطور مکرر بعنوان یک دیده کلی یا راه حل برای طراحی آلیاژها ، گسترش ، پردازش و داده های قابل فهم مورد توجه بوده است. اهمیت نمودارهای فازی توسط انتشار کتابچه های راهنما (Hand Book) نظیر “نمودارهای فازی آلیاژی دوتایی”‌ ؛“ تعادل فازی ،تصاویر بلوری و داده های ترمودینامیکی “آلیاژهای دوتایی” ؛“ نمودارهای تعادلی فازی” انعکاس یافته است؛

“نمودارهای فازی برای سرامیستها ” ؛ “ هند بوک نمودارهای فازی آلیاژ سه تایی ” و“ آلیاژهای سه تایی” نیز که در ادامه آمده است.

حالت یک ماده با ترکیب دوتایی در فشار ثابت میتواند در شکلهای گرافیکی شناخته شده ای از نمودارهای فازی دوتایی ایجاد شوند . برای مواد با ترکیبهای سه گانه یک اندازه گیری مضاعف مورد نیاز است تا یک ترکیب کامل ایجاد شود . بنابراین ،سیستمهای سه تایی بطور معمول توسط یک سری از بخشها یا پروژه ها ایجاد میشود. به دلیل چند بعدی بود آنها تفسیر نمودار سیستمهای ترکیبی بخیر می تواند بسرعت دست و پاگیر برای کاربران موقت اینگونه نمودارها باشد . برای سیستمهای با ترکیبهای بیش از سه تا بازنمایی گرافیکی نمودارهای فازی در یک شکل مناسب نه تنها بعنوان چاشنی می باشد بلکه بواسطه نداشتن اطلاعات آزمایشگاهی کافی . مانعی است به هر حال ، مشکل سیستم باز نمایی گرافیکی با ترکیبهای زیاد ، برای محاسبه‌های نمودارهای فازی نامرتبط باشد. محاسبه هایی اینچنین می تواند برای مواد مشکلات پر اهمیت باشد.

تاریخچه :

از وقتیکه تنها توسعه جدید در الگو سازی و فن آوری محاسباتی که محاسبه های رایانه ای تعادل فازی درترکیبات چند گانه تا حد امکان واقعی ایجاد کرده است؛ از زمان ارتباط بین ترمودینامیک و تعادل فازی توسط J.W.Gibbs فراهم شده است . بیش از یک قرن می گذرد Hertz زمینه های شکست کاری Gibbs را خلاصه بندی کرده است اگر چه پایه های ریاضی بنیان نهاده شده به بیش از ۳۰ سال گذشته تا j.J.Van Laa ساختار ریاضی اش را و سیستمهای دوتایی فرضی چاپ کرد . در توصیف فازهای مایع Van Laav جمله های نرم( افزارهای ) وابسته غلظت را بکار برد که Hildebrand محلول های با قاعده نام نهاد . بیش از ۴۰ سال گذشته بود که J.L.Meijering محاسبات فضای مخلوط درمایعات چهارتایی و سه تایی را چاپ کرد . مدت کوتاهی در پی آن Meijering این روش در تجزیه ترمودینامیکی سیستم Cr-Cu-Ni بکار گرفت. بطور همزمان Cohen,  Kaufman  محاسبه های ترمودینامیکی در تجزیه و تحلیل تبدیلات مارتنزیتی در سیستم Fe-Ni  بکار بردند.

Kaufman کارخود را درباره محاسبه نمودارهای فازی که شامل نقش فشار بود ؛ ادامه داد.

در سال Bernstein ,  Kanfman   :۱۹۷۰   نتایج کلی از محاسبه های نمودارهای فازی را خلاصه بندی کردند و نیز فهرستی از برنامه های رایانه ای برای محاسبه های نمودارهای فازی سه تایی و دو تایی ارائه دادند که منجر به پایه ریزی روش CALPHAD گردید . (محاسبه نمودارهای فازی ). در سال Kaufman  ؛۱۹۷۳  اولین جلسه پروژه گروه بین المللی CALPHAD را سازماندهی کرد. پس از آن گروه CALPHAD از نظر اعضاء گسترش یافت .

قلمروی محاسبه های نمودارهای فازی:

بمنظور غلبه بر مشکل چند بعدی وضع شده توسط سیستم با ترکیبات بسیار زیاد ؛ روشهای پیشنهادی هستند که متناوبا جایگزین اطلاعات نمودارهای فازی مورد نیاز می شوند . در آلیاژهای فولاد زنگ نزن، برای مثال؛ بطور مرکب متناوبا بوسیله انتقال ترکیبات عناصر پایدار – آهنی کاهش می یابد نظیر (معادل یا مشابه Cv ) و عناصر پایدار آستینتی نظیر (معادل Ni ) . مجموع معادلهای Cr, Ni در پیش بینی فازهای موجود در آلیاژهایی بکار می رود .بایستی توجه نمودکه تقریب نزدیک به اینها محدود به تغییر حالت ترکیب برای این است که از آنها منتج شده اند. مثال دیگر روش PHACOMP است .

که برای پیش بینی محاسبه Topological close packed)TCP )فازها در سوپر آلیاژها بکار می‌رود. این روش بر اساس نظریه ای است که هر عنصری یک جای خالی الکترونی مشخص است و مجموع جاهای خالی الکترونی وابسته به TCP فازها در یک آلیاژ می‌‌باشد .

اگر چه این روش برای سوپر آلیاژهای بر اساس Ne بخوبی کار می کند ؛ اصلاحات  خاصی مورد نیاز با دیگر سوپر آلیاژها می باشد؛ و به آسانی ممکن نیست که برای دیگر خانواده آلیاژی بکار رود. از سوی دیگر روش CALPHAD  بر اساس حداقل انرژی آزاد سیستم پایه ریزی شده است و بنابراین نه تنها بطور کامل متداول و مرسوم است ؛ بلکه بطور تئوری پر مفهوم می باشد .

تعیین تجربی نمودارهای فازی یک محدودیت زمانی است و عنوان با ارزشی است . این موضوع حتی بیشتر بعنوان عدد افزایش ترکیبی بیان شده است . محاسبه نمودارهای فازی کوشش مورد نیاز جهت تعیین چگونگی تعادل در سیستم چند ترکیبی را کاهش می دهد .

یک نمودار فازی ابتدایی (مقدماتی) می تواند برون یابی توابع ترمودینامیکی تشکیل زیر سیستم را فراهم کند. این نمودار مقدماتی می تواند در ترکیبهای یکسان و تغییر حالتهای دمایی که اطلاعات بیشتر می تواند با حداقل تلاش آزمایشگاهی فراهم شود بکار رود. این اطلاعات می تواند در اصلاح توابع ترمودینامیکی اصلی بکار رود.

اطلاعات عددی نمودار فازی همچنین بطور مکرر بمنظور عملکرد الگو سازی مورد نیاز است . تا آنجایی که حتی نمودارهای فازی نمایش تعادل ترمودینامیکی است. که بخوبی ایجاد کرده که تعادلهای فازی می تواند تعادل موضعی بمنظور توصیف فازهای میانی سطوح داخلی بکار ببرد.

در چنین موضوعهایی تنها  غلظت در این  سطوح مشترک اتخاذ شده اند ؛  تابع  موارد مورد نیاز تعادل های ترمودینامیکی است.

الگو سازی ترمودینامیکی نمودارهای فازی و الگوسازی کنتیک (Kinetik) بطور موفقیت آمیزی تطبیق داده شده است برای تنوع فرآیندها نظیر کربوراسیون / نیتراسیون و انطباق نفوذ ، حل (تجزیه ) رسوب (محلولهای غیر حلال از محلولهای حلال ) و انجماد .

محاسبه های تعادل فازی ته تنها می تواند درصد فازها و ترکیب آنها را ارائه دهد بلکه مقدار  حجمی آنتالپی دما dpendence  Concentration  مرزهای فازی برای کوپل کردن الگوسازی و درشت ساختاری Banerjee etal نمونه ای از چنین کوپلینگ محاسبه های تعادل های فازی الگوهای زیر ساختاری انجماد در گرمای درشت ساختاری و آنالیز جریان مذاب ریخته گری را ارائه داد .

در سالهای اخیر بیان “ ترمودینامیکهای محاسبه ای ” بطور مکرر در جایگاه “‌محاسبه نمودارهای فازی ” بکار رفته است . این بازتاب در اثر آنستکه نمودار فازی تنهایک بخشی از اطلاعاتی است که می تواند از این محاسبه ها بدست آورد.

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .