钢淬火
钢淬火是一种热处理工艺，通过迅速冷却已经加热到完全奥氏体状态的钢件来实现。这个过程涉及奥氏体分解、传热和结构分析，是一个多物理场耦合过程。“金属加工模块”为分析这一过程提供了特定的功能，使用户能够轻松设置并模拟这一多物理场过程。
基于仿真分析结果，用户可以检查相组成，并评估冷却速率对零件淬火过程中最终变形和残余应力的影响。用户还可以进一步深入分析和比较不同的淬火介质，并研究零件的物理几何结构对相组成的影响。
金属加工模块
模拟机械零件的冶金相变
当钢、铸铁等金属材料被加热至高温或从高温冷却时，可能会发生冶金相变现象。“金属加工模块”是 COMSOL Multiphysics®仿真软件的一个附加产品，专门用于分析主动（如钢淬火和渗碳）或被动（如增材制造和焊接）引入的冶金相变过程，帮助用户深入理解冶金相变过程对材料力学性能和热性能的影响。其内置的多物理场耦合功能可以协助用户优化材料的相组成，提升金属零件的性能。
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渗碳
渗碳工艺是对钢构件进行加热后，将其暴露在富碳（如一氧化碳）环境中进行处理的一种方法。在这个过程中，碳通过边界从周围环境扩散到材料内部，形成一个瞬态扩散过程。通过对渗碳过程进行详细分析，可以更好地理解并确保该工艺的正确执行。渗碳后淬火可以在部件表面产生压应力，从而有助于降低疲劳风险。
Annealing
Modeling the heating of steel that has undergone plastic deformation is often necessary. When exposed to sufficiently high temperatures, steel loses its previous work hardening, and this effect should be included in the computational model. The Metal Processing Module, combined with the Nonlinear Structural Materials Module, provides annealing modeling capabilities. These allow for the specification of an annealing temperature; at or above this temperature, the prior work hardening of the steel is eliminated by a reset of the plastic hardening variables.
This modeling capability is particularly valuable in scenarios involving thermal cycling, such as multipass welding. In these situations, the residual stress state of the material is significantly influenced by its plastic history.
金属加工模块的主要功能
在三维、二维、二维轴对称和零维空间中，仿真分析冶金相变及相关现象
金属相变
金属相变接口用于研究钢等材料在加热或冷却过程中发生的冶金相变，其中金相特征可用来定义初始相分数和材料属性；相变特征可用来定义源相、目标相和相变模型。
本模块提供三种类型的相变模型用于分析扩散控制的相变，例如奥氏体分解成铁素体时的相变情况：Leblond–Devaux、Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov (JMAK)和Kirkaldy–Venugopalan。此外，还提供Koistinen–Marburger模型用于模拟位移（无扩散）马氏体相变。
用户可以使用 TTT 图数据等来定义这些相变模型，不仅可以为每个模型单独定义相变数据，还可以选择从 JMatPro®软件导入数据。
除了对钢的相变进行建模以外，用户也可以对常用于增材制造的钛合金等金属进行建模，而且还能自由定义自己的相变模型。
奥氏体分解
奥氏体分解接口是金属相变接口的专用版本，用于模拟钢从奥氏体状态快速冷却过程中的奥氏体分解现象，其中自动包含金相（奥氏体、铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体），同时考虑淬火过程中可能发生的相变情况。
渗碳
渗碳接口是用于模拟热处理过程中的渗碳过程的工具，用户可以在其中定义周围环境中的碳浓度，指定碳在表面上的传输方式，并定义碳在零件内的扩散方式。
校准相变模型
用户在自定义相变模型时，常常需要对给定的相变进行实验校准。为了方便根据实验数据进行校准，用户可以计算常见的相变图，例如连续冷却转变（CCT）图和时间-温度转变（TTT）图。请注意，根据 TTT 数据进行校准时需要使用优化模块。
相变传热
相变传热多物理场接口可用于模拟热负载过程中的冶金相变。“金属加工模块”采用完整的热方程进行分析，可以对传热进行建模，软件会自动建立多物理场耦合来分析潜热效应。导热系数、密度和比热容可以与温度相关，甚至还可以根据当前相组成的不同而变化。举例来说，奥氏体和铁素体具有不同的导热系数，而复合材料的导热系数也会随着相分数的变化而发生改变。
钢淬火
本模块提供了预定义的钢淬火多物理场接口，可用于自动设置钢淬火仿真。其中整合了奥氏体分解接口以及固体力学和固体传热接口，并自动建立多物理场耦合，能够准确分析各个金相的相变应变和潜热。
与“非线性结构材料模块”结合使用时，“金属加工模块”可以详细计算淬火过程中的应力和应变，其中包含各个金相的塑性应变，并提供塑性恢复选项和非线性加权方案，可用于对复合材料的有效初始屈服应力进行建模。利用体积参考温度和热膨胀系数，还能计算各相的热应变张量。此外，当材料的非弹性应变源自低于屈服应力的应力，并且不会引起经典塑性意义上的塑性流动时，还可以分析相变诱导塑性（TRIP）效应。
相和复合材料属性
金属相变和奥氏体分解接口可以根据各个金相的材料属性来计算有效材料属性。这些有效属性可以直接在其他接口中使用，例如固体传热和固体力学接口。用户不仅可以为每个金相单独定义材料属性，也可以选择从 JMatPro®软件导入这些属性。
除了对钢的相变建模以外，软件还支持对常用于增材制造的钛合金等金属进行建模，并支持自定义相变模型，实现个性化的建模需求。
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