4. 規則相が存在する状態図の計算¶
ここでは例として Fe-Si 二元系状態図を考えましょう。 規則相としては BCC 相が規則化した B2 相が現れます。 ここでも前章と同様にデータベースは SSOL4 を用いることにします。
現在のデータベースが SSOL4 でないときには SWITCH_DATABASE コマンドで変更します。
TDB_KIT: SW SSOL4 [SWITCH_DATABASE SSOL4]
Current database: SGTE Alloy Solutions Database v4.9f
VA DEFINED
FCC_L102 FCC_L12 REJECTED
ALNI_B2 A2_BCC2 BCC_B2
REJECTED
GAS:G REJECTED
IONIC_LIQUID:Y BI2O3_LIQUID:Y CORUNDUM:I
REJECTED
TDB_SSOL4:
もし直前の計算でも SSOL4 を用いていた場合には，前回の合金系が定義されて残っているので，これを削除します。:
TDB_SSOL4: REJ [REJECT]
ELEMENTS, SPECIES, PHASES, CONSTITUENT OR SYSTEM: / PHASES /: SYS [SYSTEM]
VA DEFINED
FCC_L102 FCC_L12 REJECTED
ALNI_B2 A2_BCC2 BCC_B2
REJECTED
GAS:G REJECTED
IONIC_LIQUID:Y BI2O3_LIQUID:Y CORUNDUM:I
REJECTED
TDB_SSOL4:
- - - - - - - - - - -
→ 短縮形 GES: REJ SYS [REJECT SYSTEM]
この操作を行わないで DEFINE_SYSTEM あるいは DEFINE_ELEMENTS を行うと，前の合金系に新たな元素を追加することになります。
SSOL4 データベースでは BCC の規則相は不規則状態の部分と規則化の寄与部分とに分けて定義する Split モデルを採用し，前者を A2_BCC，後者を BCC_B2 と区別して定義されています。 上の例から分かるように，この両者は共にデフォルトでは除外 (REJECT) されています。 ここでは合金系として Fe と Si を定義し，B2相 (BCC_B2) を戻します。 除外 (REJECT) されている相を復活させるには RESTORE コマンドを用います。:
TDB_SSOL4: D－SYS FE SI [DEFINE_SYSTEM FE SI]
FE SI DEFINED
TDB_SSOL4: RES P BCC-B2 [RESTORE PHASES BCC_B2]
BCC_B2 RESTORED
TDB_SSOL4: GET [GET_DATA]
： (中 略)
PHASES .......
PHASE A2_BCC RESTORED BY DIS-PART IN TYPE-DEF
PARAMETERS ...
： (中 略)
－OK－
上記メッセージ中の:
PHASE A2_BCC RESTORED BY DIS-PART IN TYPE-DEF
から BCC_B2 と同様にデフォルトでは除外されていた不規則部 A2_BCC も自動的に戻されていることが分かります。 なお，POLY_3 モジュールでは A2_BCC は BCC_B2 の陰に隠れ，相名としては規則状態も不規則状態も BCC_B2 が用いられます。
規則－不規則変態のある状態図を計算する上での注意点は，二相分離が存在するときと似ていて，規則化が現れる領域で一点計算をして規則状態になっていることを確認することです。:
TDB_SSOL4: GO P－3 [GOTO_MODULE POLY_3]
POLY version 3.32
POLY_3: S－C P=101325 N=1 T=1200 X(SI)=.2 [SET_CONDITION]
POLY_3: C－E [COMPUTE_EQUILIBRIUM]
規則化の状態を見るためには LIST_EQUILIBRIUM でオプション N を用います。 このオプションを用いると，各副格子における各成分の格子占有率を確認できます。:
POLY_3: L－E , , N [LIST_EQUILIBRIUM , ,N]
Output from POLY_3, equilibrium number = 1, label A0 , database: SSOL4
Conditions:
P=1.01325E5, N=1, T=1200, X(SI)=0.2
DEGREES OF FREEDOM 0
Temperature 1200.00 K ( 926.85 C), Pressure 1.013250E+05
Number of moles of components 1.00000E+00, Mass in grams 5.02946E+01
Total Gibbs energy -7.52372E+04, Enthalpy 1.11069E+04, Volume 0.00000E+00
Component Moles W-Fraction Activity Potential Ref.stat
FE 8.0000E-01 8.8832E-01 1.6029E-03 -6.4214E+04 SER
SI 2.0000E-01 1.1168E-01 6.3953E-06 -1.1933E+05 SER
BCC_B2 Status ENTERED Driving force 0.0000E+00
Moles 1.0000E+00, Mass 5.0295E+01, Volume fraction 0.0000E+00 Mass fractions:
FE 8.88318E-01 SI 1.11682E-01
Constitution:
Sublattice 1, Number of sites 5.0000E-01
FE 6.34483E-01 SI 3.65516E-01 VA 8.39075E-07
Sublattice 2, Number of sites 5.0000E-01
FE 9.65516E-01 SI 3.44838E-02 VA 3.17925E-07
Sublattice 3, Number of sites 3.0000E+00
VA 1.00000E+00
POLY_3:
各成分の格子占有率がすべての副格子上で同じ場合は不規則状態です。 上の例では，副格子 1 上の Fe と Si の格子占有率 (Site Fraction) はそれぞれ 0.634483，0.365516，副格子 2 では 0.965516，0.0344838 と異なり規則化していることが確認できます。
もし規則化すべき領域にも関わらず不規則状態となっている場合は SET_ALL_START_VALUES や SET_START_CONSTITUTION コマンドを用いて副格子における成分の格子占有率を偏らせて計算することを試みます。
続いて「2.4 POLY_3 モジュール」,「2.5 POST サブモジュール」で学んだ手順で状態図の計算と作図を行います。
なお，規則－不規則変態点(線)の計算作図については Thermo-Calc Example 16: Calculation of the second order transition line in the Bcc field of the Al-Fe system を参照してください。