Módulo de COMSOL Multiphysics para el modelado de transformaciones de fase metalúrgica en materiales como acero y hierro colado (requiere COMSOL Multiphysics)
Imagen cedida por COMSOL y realizada con COMSOL Multiphysics
Este módulo permite modelar transformaciones de fase metalúrgica en materiales como acero y hierro colado.
Metal Processing Module proporciona dos nuevas interfaces físicas, Metal Phase Transformation y Austenite Decomposition para analizar transformaciones de fase metalúrgicas. Las dos interfaces proporcionan funcionalidad para modelar transformaciones de fase difusiva así como desplazante. Como ocurre con todos los módulos opcionales de COMSOL Multiphysics®, Metal Processing Module se desarrolló teniendo en mente la multifísica.
El módulo proporciona funcionalidad de transferencia de calor más sofisticada cuando se combina con Heat Transfer Module, con la capacidad de calcular propiedades de materiales térmicas efectivas asíc como el calor latente en transformaciones de fase y los efectos de radiación de calor. De forma similar, combinándolo con Structural Mechanics Module y sus módulos adicionales, se pueden calcular tensiones residuales, deformaciones de transformación de fase, y deformaciones. Metal Processing Module también puede calcular propiedades mecánicas efectivas de materiales y fenómenos como la plasticidad inducida por transformación (TRIP), y se puede incluir deformaciones térmicas.
CARACTERÍSTICAS
Interfaz de transformación de fase del metal
La interfaz Metal Phase Transformation se utiliza para estudiar las transformaciones de fase metalúrgicas que ocurren en un material como el acero, durante el calentamiento o enfriamiento, calculando la composición de fase evolutiva en componentes como engranajes de transmisión, cigüeñales y ejes durante tratamientos de calor. La funcionalidad de Metallurgical phase se utiliza para definir la fracción de fase inicial y las propiedades materiales, y la funcionalidad Phase transformation se utiliza para definir la fase fuente, fase de destino y el modelo de transformación de fase. Cuando se añade la interfaz se generan automáticamente dos nodos Metallurgical phase y un nodo Phase transformation, ya que es el mínimo requesitio para configurar este modelo. Entonces se puede definir un número arbitrario de fases adicionales y de transformaciones de fase en el modelo.
Se proporcionan tres tipos de transformaciones de fase:
El modelo Leblond-Devaux
El modelo Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK)
El modelo Koistinen-Marburger
Los dos primeros modelos son adecuados para transformaciones de fase controladas por difusión, como cuando la austenita se descompone en ferrita. El último modelo es adecuado para modelar transformación de fase martensítica desplazable (sin difusión). Además de estos modelos se pueden definier modelos de transformación de fase propios.
La interfaz Metal Phase Transformation ejemplificada aquí para simular transformaciones de fase en una barra. La ventana de ajustes muestra el modelo Leblond–Devaux para la transformación de austenita a ferrita y perlita, que puede verse en los gráficos de resultados después de 30 minutos. Todas las fracciones de fase sobre el radio de la barra también son mostradas en la marca de 30 minutos.
La interfaz de descomposición de la austenita
La interfaz Austenite Decomposition está basada en la interfaz Metal Phase Transformation, pero especializada para simular el templado de aceros. Como tal, los nodos del árbol del constructor del modelo, Metallurgical Phase y Phase Transformation Model, que representan los procesos de transformación de fase más comunes durante la descomposición de la austenita, se generan automáticamente cuando se añade la interfaz. Utilizando la interfaz Austenite Decomposition se puede calcular cómo evoluciona la composición de la fase con el tiempo, en ciertas localizaciones en un componente, y calcular el estado de tensión residual después del templado.
La interfaz Austenite Decomposition y la ventana de ajustes. Se muestran las tensiones residuales en una rueda dentada.
Modelos de calibración de transformación de fase
La calibración experimental es requerida para una transformación de fase dada. Utilizando las initerfaces Metal Phase Transformation y Austenite Decomposition se pueden calcular diagramas de transformación de fase comunes para facilitar la calibración con datos experimentales. En el modelo Transformation Diagram Computation se ejemplifica el cálculo del diagrama CCT (continuous cooling transformation).
Ejemplo del cálculo de un diagrama CCT (continuous cooling transformation).
Funcionalidad multifísica
Metal Processing Module proporciona dos nodos de acoplamiento multifísico para facilitar el acoplamiento con las interfaces Heat Transfer in Solids y Solid Mechanics. El acoplamiento multifísico Phase Transformation Latent Heat se utiliza para incluir la liberación o absorción de calor durante las transformaciones de fase metalúrgicas. El acoplamiento multifísico The Phase Transformation Strain se utiliza para incluir TRIP, plasticidad de las fases metalúrgicas individuales, y deformaciones térmicas. Los acoplamientos multifísicos pueden ser utilizados tanto con las interfaz Metal Phase Transformation como con Austenite Decomposition. Adicionalmente, el módulo Metal Processing Module puede utilizarse con AC/DC Module para modelar endurecimiento por inducción, y los procesos como la carburación pueden ser modelados como un problema de difusión general.
Imagen cedida por COMSOL y realizada con COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics 5.5