一、方案背景
在金属材料研发、生产制造、工程应用等全流程中，材料参数（如力学性能、热物理性能、相变特性等）是保障产品质量、优化工艺设计、降低研发成本的核心基础数据。无论是传统制造业的工艺改进，还是新型合金材料的开发，精准、高效获取金属材料参数都至关重要。当前行业内存在参数获取周期长、成本高、数据精度不足等痛点，而 JMatPro 软件凭借其独特数据优势，为金属材料参数获取及相关研发工作提供了高效解决方案。本方案将系统介绍常见金属材料性能参数获取方法，并重点阐述 JMatPro 软件的应用逻辑与核心价值。
二、常见金属材料参数获取方法对比
金属材料参数类型丰富，涵盖力学性能（抗拉强度、屈服强度、硬度等）、热物理性能（导热系数、热膨胀系数等）、相变参数（相变温度、相变潜热等）、化学性能（耐腐蚀性能等），不同参数的获取方法各有特点，具体如下：
（一）实验测试法
实验测试法是最传统、最直接的参数获取方式，通过搭建物理实验环境，对金属材料样品进行针对性测试。
•核心流程：样品制备→实验设备调试→工况设定→数据采集→结果分析。
•常见方法：拉伸试验（获取力学性能）、差示扫描量热法（DSC，获取相变参数）、激光闪射法（获取导热系数）等。
•优势：数据直观、真实，可直接反映材料实际性能；
•劣势：周期长（样品制备 + 测试流程通常需数天至数周）、成本高（实验设备购置、维护及样品消耗费用高昂）、灵活性差（针对不同参数需更换实验设备，无法快速适配多场景需求）、破坏性测试（部分实验会损耗样品，难以重复利用）。
图1 开展实验测试
（二）文献调研法
实验测试法是通过检索学术论文、行业报告、材料手册等公开资料，收集已发表的金属材料参数数据。
•核心流程：关键词检索→文献筛选→数据提取→交叉验证。
•优势：成本低、获取速度较快，可快速获取大量基础数据；
•劣势：数据时效性差（部分文献数据可能滞后数年）、针对性不足（难以找到与特定工况、特定合金成分完全匹配的数据）、精度无法保障（不同研究团队的测试条件存在差异，数据一致性低）。
图2 文献检索与调研
（三）经验公式估算
基于行业内积累的经验模型或半经验公式，代入已知的材料基础信息（如成分、温度等），估算目标参数。
•核心流程：确定参数类型→选择适配公式→代入基础数据→计算验证。
•优势：操作简单、无需复杂设备，可快速得到近似结果；
•劣势：适用范围窄（多数公式仅针对特定材料或特定参数）、精度有限（受公式假设条件限制，无法考虑复杂因素影响）、缺乏普适性（难以适配新型合金或复杂工况）。
图3 经验公式估算
（四）专业仿真软件计算法
借助金属材料性能专用仿真软件，基于热力学、动力学原理及数据库支持，快速计算获取材料参数。
•核心流程：输入基础条件（成分、温度、工艺参数等）→选择计算模型→软件运算→输出参数结果。
•优势：速度快、成本低、精度高、灵活性强，可适配多场景、多参数需求；
•典型代表：JMatPro 软件，作为金属材料领域权威仿真工具，在参数计算、合金设计、工艺优化等方面具备显著优势，是当前行业内高效获取材料参数的核心选择。
图4 专业仿真软件计算法
三、JMatPro 软件：金属材料性能参数获取与研发的核心工具
（一）软件核心定位
JMatPro 是一款专为金属材料设计的多物理场仿真软件，基于 CALPHAD（相图计算）技术与海量权威数据库，可快速、精准计算金属材料的各类关键参数，并支持合金成分设计、新型合金开发及热处理工艺优化，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械加工、冶金等多个领域。
JMatPro API（Application Programming Interface）支持用户将JMatPro计算功能与个人程序或代码集成，用户可以基于热力学等软件基本计算结果自定义后续材料性能计算模型；可以与程序语言结合实现自动化批处理、参数化计算、优化设计等高级计算功能；可以与多个CAE等软件结合形成一体化数值模拟仿真平台；还可以与加工、检测等硬件仪器设备结合，拓展更多软件应用空间，将软件融合到实际生产流程中去。
JMatPro MPO（Material Property Optimiser）是一款功能强大的多组分合金性能优化设计工具。MPO以JMatPro本身经过广泛验证的热力学与材料性能计算模型为基础，融合先进的多目标优化算法，为用户提供了能够实现逆过程计算的材料设计工具，用以快速确定影响材料性能的决策变量最佳值。
图5 JMatPro软件产品组成
（二）参数获取：高效精准，覆盖全场景需求
1.计算速度快，大幅缩短研发周期：JMatPro 摒弃了传统实验测试的冗长流程，无需制备样品、调试设备，仅需输入材料基础信息（如合金成分、温度范围、压力条件等），即可在数分钟内完成单参数或多参数同步计算。例如，计算某高温合金的抗拉强度、导热系数、相变温度等 10 余项核心参数，传统实验需 1-2 周，而 JMatPro 仅需 几分钟内即可输出完整数据，效率提升数上百倍，显著缩短材料研发与工艺优化周期。
2.权威数据库支撑，数据精度有保障：软件内置全球领先的金属材料数据库，涵盖钢、铝合金、钛合金、镍基高温合金、镁合金等各类常用金属及合金体系，数据均来自国际权威实验室、高校科研成果及工业实践验证，确保计算结果的准确性与可靠性。同时，数据库持续更新，可适配最新行业标准与材料体系，避免因数据滞后导致的研发风险。
图 6 JMatPro软件支持的数据库
3.参数覆盖全面，满足多维度需求：支持计算的参数包括但不限于：力学性能（抗拉强度、屈服强度、弹性模量、硬度、疲劳强度等）、热物理性能（导热系数、热膨胀系数、比热容、密度等）、相变特性（相变温度、相变潜热、相分数演变等）、化学性能（抗氧化性、腐蚀性相关参数）、工艺相关参数（铸造流动性、焊接性参数、热处理工艺窗口等），全面覆盖材料研发、生产、应用各环节的参数需求。
图 7 JMatPro软件支持计算的部分材料性能参数
（三）核心拓展应用：不止于参数获取，赋能全链条研发
1.合金成分设计，精准匹配性能需求：传统合金成分设计依赖 “试错法”，需反复调整成分并进行实验测试，成本高、周期长。JMatPro 可基于用户设定的目标性能（如高温强度、耐腐蚀性、加工性等），反向优化合金成分比例，快速筛选出最优成分方案。例如，针对航空发动机叶片用高温合金，用户可输入 “抗拉强度≥1500MPa” 等需求，软件将通过热力学计算，输出适配的合金元素（Cr、Co、Mo 等）含量范围，直接指导实验配方设计，大幅降低试错成本。
图8 MPO逆向优化设计材料
2.新型合金开发，打破研发瓶颈：在新型金属材料开发中，JMatPro 可通过相图计算、热力学模拟等功能，预测合金的相组成、稳定性及性能潜力，帮助研发人员快速锁定具有开发价值的合金体系。例如，开发新型轻量化高强度铝合金时，软件可模拟不同合金元素（Li、Sc、Zr 等）的添加对合金相结构、力学性能的影响，预测可能出现的强化相及相变规律，为实验验证提供明确方向，避免盲目研发，加速新型合金从实验室走向产业化的进程。
图9 铝合金材料性能计算模块
3.热处理工艺改进，优化产品性能：热处理工艺（淬火、回火、退火等）直接影响金属材料的微观结构与最终性能，传统工艺优化需依赖工程师经验或大量正交实验，效率低下。JMatPro 可模拟不同热处理工艺参数（加热温度、保温时间、冷却速度等）对材料相变过程、微观组织及性能的影响，精准预测工艺参数与性能的关联规律。例如，针对某轴承钢的热处理工艺优化，软件可模拟不同淬火温度下的马氏体转变率、残余奥氏体含量，以及后续回火工艺对硬度的影响，最终输出最优工艺方案（如 “加热至 850℃保温 2h，油冷淬火后 550℃回火 3h”），帮助企业在保障产品性能的同时，降低能耗与生产成本。
图10 淬火性能计算模块
（四）软件适用场景
•材料研发企业：新型合金成分设计、性能预测、研发流程加速；
•制造企业：生产工艺优化（热处理、铸造、焊接等）、产品质量提升；
•高校与科研机构：金属材料相关课题研究、实验方案设计、学术成果转化；
•工程技术领域：设备零部件选材、服役性能评估、失效分析辅助。
四、方案价值总结
相较于传统的实验测试、文献调研等方法，JMatPro 软件在金属材料参数获取方面，实现了 “速度、精度、成本” 的三重优化，同时突破了单一参数获取的局限，将应用延伸至合金设计、新型材料开发、工艺改进等核心研发环节。通过该软件，金属材料领域的研发人员、工程师可大幅缩短研发周期、降低试错成本、提升数据可靠性，为企业核心竞争力提升与行业技术进步提供有力支撑。
未来，随着金属材料行业对高效研发、精准设计的需求不断提升，JMatPro 软件将持续发挥其技术优势，助力更多企业与科研机构突破技术瓶颈，实现金属材料领域的创新发展。
关于JMatPro
JMatPro软件包含一系列宽范围的合金类型，目前可以计算的合金类型包含铝合金、镁合金、铸铁、不锈钢、高中低合金钢、钴合金、镍基合金、镍铁基合金、镍基单晶超合金、钛合金、锆合金、焊料合金（锡焊）、铜合金。
JMatPro的应用范围：
1、可为热力学计算等基础研究提供参考；
2、辅助科研人员进行合金设计；
3、辅助科研人员进行材料加工工艺设计（如铸造、锻造、挤压等）；
4、辅助科研人员进行热处理与焊接工艺设计；
5、预测材料材料各种性能，从而可以大量节省项目时间与实验费用（尤其是高温性能）；
6、能为许多材料成型 CAE 软件提供材料性能参数（如：Procast、Magma、Deform、TherCast、Novacast等）；
7、能够为其他CAE软件提供材料性能参数（如Sysweld、Abaqus、Ansys、MSC/Marc等）；
8、提供API接口，利用程序语言调用软件完成计算，方便将软件计算功能与其他软件、应用进行整合。
9、提供MPO材料优化设计，通过多目标优化算法，快速优化获得满足设计要求的材料成分。
关于中仿
中仿智能科技（上海）股份有限公司（股票简称：中仿智能，股票代码：838476）成立于2007年，是一家专注于仿真技术研究和产品开发的高新技术企业。公司坐落于上海市临港松江科技城，以其卓越的技术实力和创新精神，荣获多项荣誉，包括国家高新技术企业、上海市科技小巨人培育企业、上海市“双软”认证企业等，并多次承担国家和上海市的重大科研项目。
中仿智能的JMatPro软件服务于材料科学、工程研究和工业应用等多个领域，助力客户在材料设计、加工工艺、热处理与焊接工艺设计等方面取得显著成效。
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