محمدرضا تعویقی

Thermo-Calc را می‌توان یکی از نرم‌افزارهای مهم مهندسی مواد و متالورژی محاسباتی دانست که اساس آن بر روش CALPHAD است. برای یک دانشجوی مهندسی مواد، کاربرد اصلی آن این است که بتواند قبل از انجام تعداد زیادی آزمایش، رفتار ترمودینامیکی و تعادلی یک آلیاژ را پیش‌بینی کند.

Thermo-Calc یک نرم‌افزار ترمودینامیک محاسباتی مواد است که برای محاسبه و پیش‌بینی مواردی مانند:

• -نمودارهای فازی و تعادل فازی
• -فازهای پایدار و مقدار هر فاز
• -دماهای تشکیل و انحلال فازها
• -ترکیب شیمیایی فازها
• -انرژی آزاد گیبس
• -واکنش‌های ترمودینامیکی
• - Solidification و انجماد آلیاژ
• -تغییرات فازی در حین عملیات حرارتی
• -رفتار آلیاژهای چندجزئی

استفاده می‌شود.

این محاسبات بر اساس مدل‌های ترمودینامیکی و بانک‌های اطلاعاتی مواد انجام می‌شوند.

به زبان ساده:

Thermo-Calc به شما می‌گوید اگر ترکیب شیمیایی و شرایط دمایی یک آلیاژ را بدانیم، از نظر ترمودینامیکی چه فازهایی انتظار داریم تشکیل شوند.

مشکل اصلی در گذشته این بود که برای تعیین رفتار یک آلیاژ، باید آزمایش‌های بسیار زیادی انجام می‌شد.

مثلاً برای یک آلیاژ چندجزئی Fe-Cr-Ni-Mo-C، تغییر کوچک در ترکیب یا دما می‌تواند باعث تغییر فازها شود.

بنابراین پژوهشگران به دنبال روشی بودند که بتوانند:

ترمودینامیک + داده‌های تجربی + کامپیوتر

را با یکدیگر ترکیب کنند.

این ایده به توسعه روش CALPHAD منجر شد؛ CALPHAD مخفف:

CALculation of PHAse Diagrams

و در مفهوم گسترده‌تر امروزی، Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry است. این روش از دهه‌های 1960–1970 توسعه پیدا کرد.

ریشه Thermo-Calc به دانشگاه/مؤسسه سلطنتی فناوری KTH در استکهلم سوئد و گروه متالورژی فیزیکی پروفسور Mats Hillert برمی‌گردد.

در اواسط دهه 1970، سه پژوهشگر:

• Bo Sundman
• Bo Jansson
• John Ågren

برای محاسبات ترمودینامیکی مواد شروع به توسعه یک نرم‌افزار عمومی کردند.

توسعه Thermo-Calc حدود 1977 آغاز شد و نخستین نسخه آن در 1981 تکمیل شد. نخستین فروش تجاری نیز در 1984 انجام شد. 

در سال 1997 شرکت Thermo-Calc Software AB به‌صورت رسمی تأسیس شد. 

از آن زمان نرم‌افزار به‌تدریج توسعه یافت و امکاناتی مانند:

• DICTRA برای شبیه‌سازی نفوذ و تحولات کنترل‌شده با نفوذ 
• TC-PRISMA برای سینتیک رسوب‌گذاری
• TC-Python
• مدل‌های اختصاصی فولاد، نیکل، تیتانیوم و سایر آلیاژها
• ماژول Additive Manufacturing

به مجموعه اضافه شدند. 

این قسمت بسیار مهم است:

CALPHAD = روش علمی و مدل‌سازی

Thermo-Calc = نرم‌افزار و مجموعه داده‌هایی برای اجرای این نوع محاسبات

یعنی Thermo-Calc خودش یک «نمودار فازی آماده» نیست؛ بلکه با استفاده از مدل‌های ترمودینامیکی و Database مناسب، محاسبات را انجام می‌دهد.

برای مثال اگر بخواهید سیستم:

Fe–C–Cr–Ni

را بررسی کنید، نرم‌افزار با استفاده از بانک اطلاعاتی مناسب می‌تواند تعادل فازی سیستم را در دما و ترکیب مشخص محاسبه کند.

فرض کنید ترکیب یک فولاد را دارید:

Fe–0.4%C–5%Cr–1%Mo

می‌توانید از Thermo-Calc بپرسید:

در دمای 800°C چه فازهایی پایدار هستند؟

نرم‌افزار ممکن است مثلاً وجود فازهایی مانند:

Ferrite + Carbide

را پیش‌بینی کند و مقدار و ترکیب تقریبی آنها را محاسبه کند.

سپس می‌توانید دما را تغییر دهید و مثلاً بررسی کنید:

600 → 700 → 800 → 900 → 1000°C

و ببینید فازها چگونه تغییر می‌کنند.

Thermo-Calc امروزه در طراحی آلیاژ، عملیات حرارتی، ریخته‌گری، جوشکاری، ساخت افزایشی و تحقیقات ریزساختاری استفاده می‌شود. خود شرکت اعلام می‌کند که Thermo-Calc در بیش از 60 کشور استفاده شده و ابزارها و داده‌های آن در تعداد بسیار زیادی از مقالات علمی به کار رفته‌اند. 

برای حوزه‌هایی که شما روی آنها کار می‌کنید، کاربردهای جالبی دارد؛ مثلاً:

آلیاژهای Fe، فولادها، Al-Cu-SiC، HEAها، Ti alloys، Ni alloys، عملیات حرارتی و جوشکاری اصطکاکی.

در مورد جوشکاری اصطکاکی نیز می‌توان از آن برای بررسی تغییرات تعادلی فازها در اثر چرخه حرارتی استفاده کرد؛ البته برای پیش‌بینی دقیق میدان دما، تنش و ریزساختار غیرتعادلی، Thermo-Calc به‌تنهایی کافی نیست و باید با مدل‌های حرارتی/مکانیکی و در مواردی DICTRA یا مدل‌های سینتیکی ترکیب شود.

خلاصه به طور کلی:

Thermo-Calc ابزاری برای تبدیل ترکیب شیمیایی + دما + فشار به اطلاعات ترمودینامیکی و فازی آلیاژ است؛ و با هدف کاهش وابستگی به آزمون‌وخطای تجربی و تسریع طراحی و فرآوری مواد توسعه یافته است.

جوشکاری اصطکاکی (Friction Welding) یک روش اتصال حالت جامد است که در آن دو قطعه با فشار و حرکت نسبی به یکدیگر تماس داده می‌شوند. گرمای لازم از اصطکاک ایجاد می‌شود و پس از رسیدن ناحیه اتصال به شرایط مناسب، حرکت متوقف و فشار فورج اعمال می‌شود تا اتصال شکل بگیرد.

جوشکاری اصطکاکی عمدتاً برای حل چند مشکل روش‌های متداول جوشکاری توسعه پیدا کرد:

• عدم نیاز به ذوب کامل فلز → کاهش مشکلات ناشی از انجماد، تخلخل و ترک.
• امکان اتصال برخی فلزات غیرهمجنس که با جوشکاری ذوبی دشوار هستند؛ مانند فولاد–آلومینیوم و آلومینیوم–مس.
• ایجاد اتصال سریع و قابل تکرار برای تولید انبوه.
• کاهش مصرف انرژی و عدم نیاز به الکترود یا سیم جوش در بسیاری از فرآیندها.
• کاهش اعوجاج و تغییرات نامطلوب متالورژیکی نسبت به بسیاری از روش‌های جوشکاری ذوبی.

ایده استفاده از گرمای حاصل از اصطکاک برای اتصال فلزات از اوایل قرن بیستم مطرح شد، اما توسعه عملی و صنعتی آن عمدتاً در دهه‌های 1950 و 1960 اتفاق افتاد.

یکی از نقاط مهم تاریخ این فناوری، توسعه جوشکاری اصطکاکی دورانی (Rotary Friction Welding) برای اتصال قطعات استوانه‌ای بود. پس از آن، روش‌های مختلفی مانند:

• Rotary Friction Welding (RFW)
• Linear Friction Welding (LFW)
• Friction Stir Welding (FSW)

توسعه یافتند.

امروزه این فناوری در صنایعی مانند هوافضا، خودرو، نفت و گاز، راه‌آهن، ابزارسازی و تولید قطعات دو فلزی استفاده می‌شود.

فشار + حرکت نسبی → اصطکاک → گرما → نرم‌شدن موضعی → توقف حرکت + فشار فورج → اتصال

نکته مهم این است که در جوشکاری اصطکاکی معمولاً فلز کاملاً ذوب نمی‌شود؛ اتصال عمدتاً در حالت جامد ایجاد می‌شود. همین موضوع یکی از مهم‌ترین مزایای متالورژیکی این روش است.

نرم افزار Autodesk Inventor یا inventor چیست ؟ این برنامه شامل بخش مدلسازی Solid و سطوح surface می باشد که به نامه Part Surface Modeling می باشد . بخش Assembly یا همان مونتاژ با بهره گیری از امکانات بسیار بالا در شبیه سازی حرکت و جوشکاری برای اتصالات و مونتاژ کردن قطعات پیچیده است.

عرضه شدن سهام یک شرکت برای اولین بار در بورس یا فرابورس را عرضه اولیه (IPO) می‌گویند. عرضه‌ این سهم‌ها در روزها و ساعت‌هایی از قبل مشخص شده انجام می‌شود که سرمایه‌گذاران می‌توانند برای خرید آن‌ها در ساعات مشخص شده اقدام به ثبت سفارش کنند.