扩散模拟软件 DICTRA

扩散模拟软件 DICTRA

DICTRA 是一个专门用于模拟多元合金扩散型相变的通用软件包。DICTRA 软件建立在对多组元扩散方程数值求解的基础上，其与 Thermo-Calc 软件配合使用， Thermo-Calc 用来处理必要的热力学计算。扩散模拟是基于储存于数据库内的已经评估的热 / 动力学数据数据。利用必要的热 / 动力学数据， DICTRA 可同时模拟包含 10 种元素以上合金的扩散过程。在开发 DICTRA 过程中，重点放在把基本算法与关键的热 / 动力学数据联系起来，从而使计算模拟更能接近于真实条件而发挥模拟的重要作用。扩散模拟可应用于一维空间和三种不同的几何形状：圆柱，球形和平面，利用这些条件可以模拟许多您感兴趣的扩散现象。例如，圆柱几何模型可以用于模拟管道中的扩散以及杆状析出物的溶解。

灵活方便的、带有强大专用模块的用户界面DICTRA 开发了许多专业模块来完成一些特殊的功能，如数据读取、计算、后处理等。用户界面包括一个可键入命令的命令行界面，其中所有命令都可采用缩写形式键入。使用宏文件可以保存复杂的输入命令序列，该宏文件可以修改、保存并重复使用。

应用实例：

合金均匀化

钢的渗碳和脱碳

钢的渗氮

钢中碳氮共渗

钢中奥氏体/铁素体相变合金钢中的珠光体长大析出相的长大或溶解凝固时的微观偏析

合金的 TLP 键合

硬质合金的烧结

高温合金的渗碳

复合物中的互扩散，例如涂层沉淀相粒子的粗化

微观偏析碳化物的溶解复合物间的互扩散

方法和数据

DICTRA 模拟时，求解多元扩散方程组：

整个来说，求解上述扩散方程需有 (n-1) × (n-1) 个与温度和浓度相关的扩散系数矩阵。扩散系数矩阵可由迁移率数据库和热力学数据库的参数来计算。

在 DICTRA 中使用的热力学数据库与 Thermo - Calc 相

同。通过与热力学数据库相同的创建方法，可以创建迁

移率数据库。通过此数据库可从文献资料中选择和收集

实验数据，进而优化迁移率数据库模型中的参数以便对

实验数据进行合理的解释，然后将优化得到的参数保存在

迁移率数据库中。 DICTRA 有一个迁移率数据的优化模块

PARROT 。使用此模块，用户可以扩展现有的数据库和创

建自己的数据库。使用迁移率数据库，可以计算示踪物

扩散、自扩散，禀性扩散和互扩散系数。

DICTRA 可以准确模拟多组元体系的扩散过程，如上坡扩

散等。右图是用 DICTRA 模拟 Darken 实验中两块连接

在一起的碳含量相同但硅含量不同的合金钢的扩散过

程。左边合金钢中高的硅含量会增大碳的活度，从而促

使碳由左向右扩散，从右图可以看出在硅含量梯度处出

现了碳含量的跃变。

DICTRA 和 Thermo-Calc 的耦合，为通过计算热力学和相平

衡准确模拟多元体系的扩散提供了有效的模拟计算方法：如

模拟分散体系的扩散，此时的析出相充当了扩散的源头和扩

散元素的终点。左图是模拟 Ni-25Cr 合金的渗碳实例。碳

的扩散促使合金析出了 M 3 C 2 和 M 7 C 3 碳化物，而此

浓度分布图显示的结果并非求解普通的误差函数所能够得到

的。

软件灵活的后处理功能可以让用户自定义图标中坐标轴变

量，如浓度、距离、时间、活度、化学势以及用户自定义函

数等。