THERMOCALCDICTRA热力学计算
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THERMO-CALC&DICTRA是由瑞典皇家工学院为进行热 力学与动力学计算而专门开发的热力学相计算软件。经过几十 年的完善发展，现已成为功能强大、结构较为完整的计算系统， 是目前在世界上享有相当声誉且具有一定权威的计算软件；
THERMO-CALC&DICTRA是进行热力学模拟计算的，包 括相图计算（二元、三元相图，等温相图，等压相图等，最多 可达到五个自由变量）；纯物质、化合物、液相和化学反应的 热力学计算；Gibbs自由能计算；平衡、绝热温度的计算；平衡 相图、非平衡相图、超平衡相图的计算；燃烧、重熔、烧结、 燃烧、腐蚀生成物的计算；稳态反应热力学；集团变分法模拟 计算；气象沉积计算；薄膜、表面氧化层形成计算；ScheilGulliver 凝固过程模拟计算；卡诺循环的模拟；数据库的建立和 完善等；
该软件可以处理多组元系统，我们可以通过热力学计算，
查看多元合金体系中某一合金元素含量的变化对相图中不同相 稳定性的影响等，如图1所示。
下面是已知论文中用热了学计算得到的相图与经过试验计 算得到的相图比较：从图中可以看出，各个相取得组织组成 略有差别，但是差别不是很大。图中标出的相有的是在计算 时可以去除的。像其中的 Cr3O4相就可以省去，因为计算中 它的含量很少 。如图2所示。
该软件的相图计算方法构型图3表示。
曲线表示 相的出现 或消失， 即相线； 数字表示 出现的相 成分。
图1 Fe-4Cr-5Mo-8W-0.3Mn-0.3Si-C(wt.%) 相组成图
图2 文献图与实验图比较 （左：文献图； 右：软件计算图）
热力学模型
电子理论
实验相图
优化
热力学数据 （活度、形成焓等）
数据库 （存储热力学参数）
计算相图
图3
相图计算方法图解
THERMO-CALC系统
THERMO-CALC系统本身有600多个子程序，可以分成若 干个功能模块。模块之间通过规定的界面借口进行动作。它以 数据库和模型作为信息来源和计算基础，通过几个有各自不同 功能的模块进行相应的计算或操作。
1.数据库 THERMO-CALC现有几套不同的数据库，如铁基数据库、
钢数据库、炉渣数据库及考夫曼数据库等。其中的数据都是从 试验测得结果经评估获得。实验室现有的数据库包括：
（1）铁基数据库：TCFE3;
（2）镁基数据库：TTMG;
（3）附加的数据库：PAQ2、PCHAT、PG35、PGEO、PKP、 PBIN、PION、PSUB、PTERN、PURE4、PFRIB、USER、 COST2。
相图的计算离不开热力学数据，而精确的数据往往是通过 试验得到的。只有对这些数据进行正确的归纳、整理和分析， 使之成为相图计算中有用的资料，才能求得与实际情况相符的 相图。进行相图的计算所用到的数据是一个庞大的数据集合， 而THERMO-CALC中的数据是经过科学的方法整理，存储与数 据库中，用到时调来使用即可。但是用户得注意数据的使用条 件，不同数据库中的数据一般是不好窜用的。这需要根据数据 库的说明来具体采取措施。
数据库中包括每个系统所专用的模型信息和各种参数的定 义及参数值，如：纯组元在参考态下的吉布斯自由能、组元在 不同相中的吉布斯自由能和各种金属间化合物的吉布斯自由能， 以及液固相的相平衡、平衡成分、组成相的体积分数，还有活 度、形成焓、表面张力、粘度等热化学特征。
当合金中所有相的热力学模型确定后，且模型参数也可由 数据库提供（提供不了的要通过试验获得，并经优化处理）， 利用相应的软件便可进行相图计算了。
TCFE3数据库（铁库）
TCFE3中包含的元素有：Al、B、C、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、 Mo、Mn、N、Nb、Ni、O、P、S、Si、Ti、V、W；
使用条件：各元素含量（%）
Al 5.0
Cu 1.0
Nb 5.0
V 5.0
C 5.0
Mn 20.0
Ni 20.0 W 15.0
Co 15.0
Mo 10.0 Si 5.0
Cr 30.0
N 1.0
Ti 2.0
Fe min50
B、Mg、P、S、O
Trace
数据库中的各个相描述：
Phase Database Phase Austenite FCC#1 Ferrite
Database Phase
BCC
α-Mn
M(C,N)x FCC#2 M2(C,N) HCP#2 β-Mn
Database CBCC-A12 CUB-A13
2.模块
1）数据读取模块（DATABASE_RETRIEVAL）：用于定义 合金系统选择合金元素，并从数据库中搜索、定位及提取各 种所需要的参数数据；列出合金中所涵盖的相及成分等。
2）Poly-3模块：用于定义使用者想要计算的相平衡或相图的 条件，如：组分、温度及活度等，并列出计算所得的每一项 的成分。该模块可用来计算单个相平衡，也可绘制一至三维 的相图或投影图。其所具有的后处理功能可以允许使用者将 相关的热力学数据制成表格，或依照使用者的意图，选择相 关的量和比例尺，将结果以其他方式表达出来。
3）热力学模型模块：为每一个相选择合适的热力学模型。 热力学模型的选择决定了各项的吉布斯自由能与参数的相关 程度。同时模块也会列出所有从数据库中读取的热化学信息 （也可交互式输入）及参数的表达式。
4）Scheil模块（ SCHELL_SIMULATION ）：用于模拟非平 衡凝固行为，利用THERMO-CALC模块可以做相平衡计算 （如液相线及固相线温度、各相的成分及比例等）、相图计 算及热力学量的计算，还可以将热力学数据制成表格、计算 化学反应的热化学变化及驱动力、评价化学系统的相平衡及 相转换，并且通过自动绘图程序绘制各种多元相图。目前， 许多外国非专业热力学计算的材料工作者都利用它来进行热 力学计算。
5）SYSTEM_UTILITIES 模块：用于进行模块间连接设置， 建立和执行宏文件，搜索指令信息，进行综合设置。这对相 图计算，并获得计算结果以及便利的执行多种计算任务是十 分必要的。还可以进行用户界面、命令单元设置，错误状态 报告，文件列表等操作。
6）TABULATION_REACTION 模块：用于将任一种物质， 化学计量比化合物或是液相，反应的热力学函数计算得到的 数据制成表格。目前，该模块在均一的稳定态或是反应的
THERMO-CALC&DICTRA是进行热力学模拟计算的，包 括相图计算（二元、三元相图，等温相图，等压相图等，最多 可达到五个自由变量）；纯物质、化合物、液相和化学反应的 热力学计算；Gibbs自由能计算；平衡、绝热温度的计算；平衡 相图、非平衡相图、超平衡相图的计算；燃烧、重熔、烧结、 燃烧、腐蚀生成物的计算；稳态反应热力学；集团变分法模拟 计算；气象沉积计算；薄膜、表面氧化层形成计算；ScheilGulliver 凝固过程模拟计算；卡诺循环的模拟；数据库的建立和 完善等；
该软件可以处理多组元系统，我们可以通过热力学计算，
查看多元合金体系中某一合金元素含量的变化对相图中不同相 稳定性的影响等，如图1所示。
下面是已知论文中用热了学计算得到的相图与经过试验计 算得到的相图比较：从图中可以看出，各个相取得组织组成 略有差别，但是差别不是很大。图中标出的相有的是在计算 时可以去除的。像其中的 Cr3O4相就可以省去，因为计算中 它的含量很少 。如图2所示。
该软件的相图计算方法构型图3表示。
曲线表示 相的出现 或消失， 即相线； 数字表示 出现的相 成分。
图1 Fe-4Cr-5Mo-8W-0.3Mn-0.3Si-C(wt.%) 相组成图
图2 文献图与实验图比较 （左：文献图； 右：软件计算图）
热力学模型
电子理论
实验相图
优化
热力学数据 （活度、形成焓等）
数据库 （存储热力学参数）
计算相图
图3
相图计算方法图解
THERMO-CALC系统
THERMO-CALC系统本身有600多个子程序，可以分成若 干个功能模块。模块之间通过规定的界面借口进行动作。它以 数据库和模型作为信息来源和计算基础，通过几个有各自不同 功能的模块进行相应的计算或操作。
1.数据库 THERMO-CALC现有几套不同的数据库，如铁基数据库、
钢数据库、炉渣数据库及考夫曼数据库等。其中的数据都是从 试验测得结果经评估获得。实验室现有的数据库包括：
（1）铁基数据库：TCFE3;
（2）镁基数据库：TTMG;
（3）附加的数据库：PAQ2、PCHAT、PG35、PGEO、PKP、 PBIN、PION、PSUB、PTERN、PURE4、PFRIB、USER、 COST2。
相图的计算离不开热力学数据，而精确的数据往往是通过 试验得到的。只有对这些数据进行正确的归纳、整理和分析， 使之成为相图计算中有用的资料，才能求得与实际情况相符的 相图。进行相图的计算所用到的数据是一个庞大的数据集合， 而THERMO-CALC中的数据是经过科学的方法整理，存储与数 据库中，用到时调来使用即可。但是用户得注意数据的使用条 件，不同数据库中的数据一般是不好窜用的。这需要根据数据 库的说明来具体采取措施。
数据库中包括每个系统所专用的模型信息和各种参数的定 义及参数值，如：纯组元在参考态下的吉布斯自由能、组元在 不同相中的吉布斯自由能和各种金属间化合物的吉布斯自由能， 以及液固相的相平衡、平衡成分、组成相的体积分数，还有活 度、形成焓、表面张力、粘度等热化学特征。
当合金中所有相的热力学模型确定后，且模型参数也可由 数据库提供（提供不了的要通过试验获得，并经优化处理）， 利用相应的软件便可进行相图计算了。
TCFE3数据库（铁库）
TCFE3中包含的元素有：Al、B、C、Co、Cr、Cu、Fe、Mg、 Mo、Mn、N、Nb、Ni、O、P、S、Si、Ti、V、W；
使用条件：各元素含量（%）
Al 5.0
Cu 1.0
Nb 5.0
V 5.0
C 5.0
Mn 20.0
Ni 20.0 W 15.0
Co 15.0
Mo 10.0 Si 5.0
Cr 30.0
N 1.0
Ti 2.0
Fe min50
B、Mg、P、S、O
Trace
数据库中的各个相描述：
Phase Database Phase Austenite FCC#1 Ferrite
Database Phase
BCC
α-Mn
M(C,N)x FCC#2 M2(C,N) HCP#2 β-Mn
Database CBCC-A12 CUB-A13
2.模块
1）数据读取模块（DATABASE_RETRIEVAL）：用于定义 合金系统选择合金元素，并从数据库中搜索、定位及提取各 种所需要的参数数据；列出合金中所涵盖的相及成分等。
2）Poly-3模块：用于定义使用者想要计算的相平衡或相图的 条件，如：组分、温度及活度等，并列出计算所得的每一项 的成分。该模块可用来计算单个相平衡，也可绘制一至三维 的相图或投影图。其所具有的后处理功能可以允许使用者将 相关的热力学数据制成表格，或依照使用者的意图，选择相 关的量和比例尺，将结果以其他方式表达出来。
3）热力学模型模块：为每一个相选择合适的热力学模型。 热力学模型的选择决定了各项的吉布斯自由能与参数的相关 程度。同时模块也会列出所有从数据库中读取的热化学信息 （也可交互式输入）及参数的表达式。
4）Scheil模块（ SCHELL_SIMULATION ）：用于模拟非平 衡凝固行为，利用THERMO-CALC模块可以做相平衡计算 （如液相线及固相线温度、各相的成分及比例等）、相图计 算及热力学量的计算，还可以将热力学数据制成表格、计算 化学反应的热化学变化及驱动力、评价化学系统的相平衡及 相转换，并且通过自动绘图程序绘制各种多元相图。目前， 许多外国非专业热力学计算的材料工作者都利用它来进行热 力学计算。
5）SYSTEM_UTILITIES 模块：用于进行模块间连接设置， 建立和执行宏文件，搜索指令信息，进行综合设置。这对相 图计算，并获得计算结果以及便利的执行多种计算任务是十 分必要的。还可以进行用户界面、命令单元设置，错误状态 报告，文件列表等操作。
6）TABULATION_REACTION 模块：用于将任一种物质， 化学计量比化合物或是液相，反应的热力学函数计算得到的 数据制成表格。目前，该模块在均一的稳定态或是反应的