（计算机应用技术专业论文）金属材料热处理数据库查询系统.pdf

中文摘要 论文题目：金属材料热处理数据库查询系统 专业：计算机应用技术 硕士生：朱瑞芳( 签名) 虫星盏薤 指导教师：刘天时( 签名) j 乙￥匕立：5 二一 摘要 在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业、农 业、交通运输、建筑以及国防等各领域有着举足轻重的作用。金属热处理是机械制造中 的重要工艺之一。为了使广大科技人员提高工作效率、缩短材料的开发周期，使工厂企 业可以优化选择使用材料、合理制定热处理或表面处理工艺、提高产品质量和降低生产 成本，开发设计出了本系统。 本文在数据库基础理论的指导下，通过分析用户需求，仔细研究了金属材料热处理 数据库的创建过程，从概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计到最后开发出应用 系统。该系统针对八大产钢国( 中、日、美、俄、德、英、法和瑞典) 及i s o 国际标准 化组织的钢铁材料和特殊合金的基础数据，设计开发了相应的数据库系统，能快速、准 确的根据需要查询出所需材料的化学成分、物理性能、力学性能及热处理工艺参考数据。 可供广大设计人员、钢铁材料的生产和使用部门、经贸部门等相关技术人员使用，也可 供有关院校师生使用。 关键词：金属材料数据库查询 论文类型：开发研究 h 英文摘要 s u b j e c t ： s p e c i a l t y ： n a m e ： i n s t r u c t o r r e s e a r c ho nt h eq u e r ys y s t e mo fw o r l d v r i l ds t e e l s d a t a b a s e c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y z h ur u i f a n g ( s i g n a l i ut i a n s h i ( s i g n a t a b s t r a c t m e t a lm a t e r i a l sa p p l i c a t i o ni sv e r ye x t e n s i v ei nt o d a y sm a n u f a c t u r e ，e s p e c i a l l ys t e e l s ， w h i c hh a si m p o r t a n te f f e c ti ni n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，t r a n s p o r t a t i o na n dn a t i o n a ld e f e n s e m e t a l h e a tt r e a t m e n ti so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp r o c e s s e si nm a n u f a c t u r i n g t h es y s t e mi s d e s i g n e df o re n h a n c i n gw o r ke f f i c i e n c yo f t h ee n g i n e e r s ，s h o r t e n i n gt h em a t e r i a l se x p l o i t a t i o n p e r i o d s ，c h o o s i n ga n du s i n gt h em a t e r i a lb e t t e rf o rf a c t o r ya n dc o r p o r a t i o n ，c o n s t i t u t i n gh e a t t r e a t m e n tm a ds u r f a c eh e a tt r e a t m e n tp r o c e s sr e a s o n ，i m p r o v i n gt h ep r o d u c t sq u a l i t ya n d l o w i n gt h ep r o d u c t i o n sc o s t b a s e do nt h et h e o r yo fd a t a b a s e ，b ya n a l y z i n gt h eu s e r sr e q u i r e m e n t ，t h i sd i s s e r t a t i o n s t u d i e st h ee s t a b l i s h i n gp r o c e s so fm e t a lm a t e r i a l sd a t a b a s e i td e s i g n sa na p p l i c a t i o ns y s t e m f r o mc o n c e p t i o nc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，l o g i cc o n f i g u r a t i o nd e s i g n ，a n dp h y s i c sc o n f i g u r a t i o n ， w h i c hi n c l u d i n ge v e r ym e t a l sf r o mt h ee i g h tb i g g e s tn a t i o n sp r o d u c i n gs t e e l s ，s u c ha sc h i n a 、 j a p a n ，a m e r i c a ，g e r m e n ，r u s s i a ，e n g l a n d ，f r a n c e ，s w e d e na n di s o ( i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d i z a t i o no r g a n i z a t i o n ) i tc a nq u e r yt h em a t e r i a l sc h e m i c a lc o m p o s i t i o n ，p h y s i c a l c a p a b i l i t y , m e c h a n i c sc a p a b i l i t ya n dh e a tt r e a t m e n tp r o c e s sd a t ae x a c t l ya n dq u i c k l y m o s t e n g i n e e r s ，t h ed e p a r t m e n to fs t e e l sm a n u f a c t o r ya n du s e r s ，t r a d e rd e p a r t m e n t ，t e a c h e r sa n d s t u d e n t si ns o m es c h o o l sc a r lu s et h es y s t e m k e yw o r d s ：m e t a lm a t e r i a l d a t a b a s e q u e r y t h e s i s ：e x p l o i t a t i o ns t u d y i i i 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：立墨茹嶂 日期：立丝正趣 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。 论文作者签名： 导师签名： 奉揣若 山u 叶 日期：塑= 一1 彦一 第一章绪论 第一章绪论 1 1 金属材料概述 进入二十一世纪以来材料科学和材料工业被公认为是最重要、发展最快的综合性学 科及高新技术产业之一。材料科学对工业、农业以及国防和其它高新技术产业的发展， 都具有无可替代的支撑作用。材料科学同能源、信息、生物技术构成当今世界基础产业 的四大支柱，是产业进步的重要推动力。金属材料是材料工业中最重要的组成部分，是 机械制造业的基础。 1 1 1 金属材料在国民经济中的作用 在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业、农 业、交通运输、建筑以及国防等各领域都离不开它。在机械制造业( 如农业机械、电工 设备、化工和纺织机械等) 中，钢铁材料占9 0 左右。在汽车制造业中，钢铁材料约占 6 0 7 5 ( 其中1 5 2 0 为低合金高强度钢) 。因此，金属材料特别是钢铁材料仍然 是机械制造业中使用最广泛的材料。我国一直把材料工业作为重点发展领域之一，特别 是改革开放以后，材料工业有了迅速发展。我国的钢产量在】9 9 6 年突破了一亿吨，达到 世界第一。我国已按实际情况制定和完善了钢铁新标准，建立了符合我国资源特点的合 金钢系统，新钢种正在日益发展。 金属材料在一个国家的国民经济中占有举足轻重的位置，因为金属材料的资源比较 丰富，已积累有一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模生产的经验，产品质量稳定， 价格低廉、性能优异。金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒、可铸造、 锻造、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学 技术中最重要的材料。随着现代化工业、农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的 性能要求愈来愈高。为了满足这一点，般可采用两种办法：研制新材料和对金属材料 进行热处理，后者是最广泛、最常用的方法。 1 1 2 金属材料分类 材料的种类繁多，用途广泛。工程方面使用的材料有机械工程材料、土建工程材料、 电工材料、电子材料等。工程材料按属性可分为三类：金属材料、高分子材料和无机非 金属材料。也可由此三类相互组合而成复合材料。前者用量大，仅钢材全球每年的需求 量就达8 亿多吨；后者用量虽小得多，但对社会文明的进步起了重大作用。 金属材料种类很多，为了便于管理、选用和比较，根据某些特性，从不同角度出发， 可以把它们分成若干具有共同特点的类别。这些分类方法主要是为了方便和实际需要， 因此，同一种利料，可以根据其不同特点划为不同类型。按材料的用途、化学成分、质 量的不同，可将材料分为许多类： 西安石油大学硕士学位论文 一按用途分类 按用途可将金属材料分为两大类：钢铁( 黑色金属) 和非铁金属( 或有色金属) ( 具 体分类如图1 1 所示) 。黑色金属中含碳量在2 1 1 4 3 的铁的合金为铸铁，含碳量一 般在o 0 3 2 f l t j 铁的合金为钢。有色金属大体可分为轻合金( 铝合金、钛合金、镁合 金、镀合金等) 、重有色合金( 铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等) 、低熔点合金( 铅、 锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金) 、难熔合金( 钨合金、钼合金、铌合金、钽合金等) 、 贵金属( 金、银、铂、钯等) 和稀土金属等。图1 1 所列仅为最常用而且用途最广的有 色金属。 二按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢( 含碳量三o 2 5 ) ；中碳钢( o 2 5 含碳量 1 0 ) 。此外，根据钢中所含主 要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。 三按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢( 含磷量郢0 4 5 、含硫量! o 0 5 5 ； 或磷、硫含量均s o 0 5 0 ) ；优质钢( 磷、硫含量均s o 0 4 0 ) ；高级优质钢( 含磷量 0 0 3 5 、 含硫量 4 5 0 或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用 一个顶角1 2 0 。的金刚石圆锥体或直径为1 5 9 、3 1 8 m m 的钢球，在一定载荷下压入被测 材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标 度来表示： h r a ：是采用6 0 k g 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料( 如硬 质合金等) 。 h r b ：是采用1 0 0 k g 载荷和直径1 5 8 r a m 淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低 的材料( 如退火钢、铸铁等) 。 h r c ：是采用1 5 0 k g 载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料( 如淬 火钢等) 。 ( 3 ) 维氏硬度( h v ) 以1 2 0 k g 以内的载荷和顶角为】3 6 。的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压 痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值( h v ) 。 7 疲劳前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指 针。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。 8 冲击韧性以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作 用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 在零件或工具的制造过程中，金属材料必定要经受各种加工方法，如铸造、锻造、 焊接、切削加2 1 1 和热处理等。金属材料对这些加工工艺的适应性即为其工艺性能。它表 示金属材料能否采用某种加工工艺，或采用某种加工工艺其难易程度如何，是否易于保 证质量等。 西安石油大学硕士学位论文 按加工工艺方法不同，工艺性能包括：可铸性、可锻性、可焊性、切削加工性及热 处理性能等。工艺性能的好坏往往是金属材料的成分、物理性能、化学性能以及力学性 能等因素的综合结果。 要改善金属材料的性能，可以借助两个主要方法：一个是调整金属材料的化学成分， 即合金化的方法；另一个是通过改变其内部组织，从而改变性能的热处理方法。这两个 方法是密切相关，相辅相成的。例如，钢铁材料的优良力学性能，除了在冶炼时得到所 需化学成分外，最后都要通过热处理来获得。 1 1 4 金属材料所面临的挑战 近一二十年来，金属材料的发展受到了巨大的压力，这种压力来自外部和内部两个 方面。就外部来讲，从2 0 世纪中期开始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料从性能到 应用许多方面已能和传统的金属材料相抗衡，加上原料丰富、价格便宜，产量以惊人的 速度增长。与此同时，先进陶瓷材料也崭露头角，特别是在现代电子工业中占有重要地 位。因此，材料领域从金属材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的 新格局。从内部来讲主要是能源、资源和环境三个方面。金属材料的近百年的大力发展， 某些主要的金属矿产资源日渐紧张，高品位的金属矿产很快减少，低品位的矿产使能源 消耗和成本增加。金属工业是能源的最重要消耗者，也是严重的环境污染者。这些问题 对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。 应对措旖，一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量，挖掘它的潜力，使 其产生最大效益。近些年来，金属材料的制造技术有非常迅速的进步，先进的冶炼技术、 精炼技术、铸造技术、连铸连轧技术、成型加工技术和热处理技术在不断提高，微量杂 质的技术、微量元素的合金化技术有所创新。二是开拓金属材料的新功能，以适应更高 的使用要求。超高强度钢、超低碳不锈钢等新的合金钢和新的有色合金应运而生。三是 加强废旧金属的回收和再利用。 1 2 金属材料热处理概述 1 2 1 热处理的定义及作用 金属材料热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中 保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理是机械制造中的重要工艺 之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通 过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需 要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺 往往是必不可少的。 第一章绪论 钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制， 所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、 化工、航空、航天等用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。据初步统计，在 机床制造中，约6 0 7 0 的零件要经过热处理，在汽车、拖拉机制造中，需要热处理 的零件多达7 0 8 0 ，而工模具及滚动轴承，则要1 0 0 进行热处理。总之，凡重要的 零件都必须进行适当的热处理才能使用。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通 过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 1 2 2 热处理的发展历史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认 识。早在公元前7 7 0 年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变 形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发 展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说 明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在 今陕西斜谷为诸葛亮打制3 0 0 0 把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代 就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油的冷却能力。中国出土的西汉( 公元前 2 0 6 公元2 4 ) 中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为o 1 5 o 4 ，而表面含碳量却达0 6 以上，说明己应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展 很慢。 1 8 6 3 年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织， 证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种 较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁 碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处 理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 18 5 0 1 8 8 0 年，对于应用各种气体f 诸如氢气、煤气、一氧化碳等) 进行保护加热曾 有一系列专利。18 8 9 18 9 0 年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到 更大发展。一个显著的进展是1 9 0 1 1 9 2 5 年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳； 3 0 年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外 仪、氧探头等进步控制炉内气氛碳势的方法；6 0 年代，热处理技术运用了等离子场的 作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表 面热处理和化学热处理方法。 西安石油大学硕士学位论文 1 2 3 金属材料热处理工艺简介 热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰 物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。在战国时代燕都遗址出 土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用淬火、正火、渗碳等工艺。近代出土 的秦兵俑佩带的长剑、箭簇等都有力地证实当时已出现铜合金的复合材料，而且还掌握 了精湛的表面保护处理方法从而保持数千年不锈。 热处理工艺最早的史料记载见于汉书王褒传中“清水淬其峰”之说。我国 明代科学家宋应星在天工开物一书中对热处理工艺也有所记载。大量事实表明， 我国曾是世界上发展和应用热处理技术最早的国家之一。 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 这些过程互相衔接，不可间断。 金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、化学热处理、复合热处理。 根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工 艺。 令整体热处理对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的 金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进 行缓慢冷却，目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应 力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。 正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得 到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作 为最终热处理。正火的目的是获得一定的硬度、细化晶粒，并获得比较均匀的组织 和性能。 淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速 冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。淬火的目的是提高工具、渗碳零件和其他高 强度耐磨及其零件等的硬度、强度和耐磨性。结构钢通过淬火和回火之后获得良好 的综合机械性能。 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于6 5 0 的某一适当温度进行 长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。回火的目的是减少或消除淬火应 力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足不同工件 的性能要求。 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切， 常常配合使用，缺一不可。 第一章绪论 夺表面热处理只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只 加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度， 即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。 表面热处理使工件表面获得硬化层而且耐磨，心部又有足够的塑性、韧性。表面热 处理包括感应加热热处理、火焰加热热处理、激光电子束表面相变硬化工艺、离子 注入处理工艺。常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 夺化学热处理通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热 处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工 件放在含碳、氮或其它合金元素的介质( 气体、液体、固体) 中加热，保温较长时间， 从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处 理工艺如淬火及回火。化学热处理的目的是通过改变金属表面的化学成分及热处理 的方法获得单一材料难以获得的性能，或进一步提高金属制件的使用性能。根据不 同元素在金属中的作用，金属表面渗入不同元素后，可以获得不同的性能。因此， 金属的化学热处理，常以渗入不同的元素来命名。化学热处理包括渗碳、渗氮、碳 氮共渗、渗硼、渗金属、辉光放电离子化学热处理。 夺复合热处理为了充分发挥不同化学热处理方法所获得渗层的特点，以及各种热处 理方法所能达到的优良性能，发展了对工件施加两种以上的化学热处理，或化学热 处理与其它热处理的工艺，称为复合热处理。至今出现的复合热处理方法甚多，如 渗氮整体淬火、渗氮高频加热表面淬火、渗碳加高频淬火等。 热处理工艺( 或制度) 选择要根据材料的成份，材料内部组织的变化依赖于材料热 处理及其它热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化，材料成份一加 工工艺一组织结构材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料加工的全过程之中。 热处理工艺的正确选择对发挥材料的潜能有举足轻重的作用，经过数千年的实践积 累，现已总结出了整套行之有效的工艺方法，我们现在的热处理工作者要在充分利用 前人经验的基础上，再对其加以改进，使材料发挥最大的潜能。 1 3 材料热处理数据库的国内外研究现状 1 3 1 计算机在热处理行业的应用 大力推进制造业的信息化是走新兴工业化道路的必然选择。我国计算机和微电子技 术在热处理领域的应用起步于8 0 年代初。8 0 年代初期和中期，先后有机械部第三设计研 究院研制了井式渗碳炉微机控制系统，上海交通大学研究和开发出微机可控渗碳工艺和 设备系统，西安理工大学研制开发出重载齿轮深层渗碳计算机模拟控制技术与设备，北京 机电研究所和北京工业大学分别研究开发出热处理数据库技术，北京机电所研制推出了 j s t 型微机控制淬火介质冷速测定仪等成果问世并应用于工业生产实践。由于微型计算 西安石油大学硕士学位论文 机和微电子技术的迅猛发展和价格的降低，计算机和微电子技术的应用日益普及。人们认 识到，计算机与微电子技术对热处理技术进步的重要意义在于它是开发知识和利用知识 的强有力工具。计算机与微电子技术的应用已创造出许多高度知识密集型的热处理新技 术和新方法，使热处理技术不断发生质的飞跃。近2 0 年来，计算机在热处理行业得到了广 泛的应用。计算机和微电子技术在热处理工业领域的应用不断深入和扩展，主要涉及以下 几个方面：计算机模拟技术、c a d 技术、过程控制技术和网络系统、( 热处理过程控制 系统、适时热处理控制系统、统计过程控$ 1 j ( s p c ) 技术、柔性热处理技术、热处理生产计 算机管理系统) 热处理计算机预测技术、热处理数据库和专家系统、智能热处理技术与 计算机智能化仪表。计算机应用已进入到了热处理行业的每一个领域。 无论是新材料的研究还是热处理过程的模拟、控制，都离不开材料的基础数据。基 础数据是数十年来人类经验的积累和智慧的结晶。传统材料知识体系的建立和数据的积 累，是先进材料研究的基础。为此，建立一个材料品种全、数据丰富的金属材料热处理 数据库是材料科学和热处理行业发展的必然选择。 1 - 3 2 数据库技术简介 数据库技术己成为现代信息技术的重要组成部分，是现代计算机信息系统和计算机 应用系统的基础和核心。所谓数据库系统是一种有组织地、动态地存储有密切联系的数 据集合，并对其进行管理的计算机软件以及硬件所组成的系统。采用数据库技术具有以 下显著特点： 1 数据共享性 数据共享的意义是指多种应用、多种语言互相覆盖地共享数据集合。在传统的文件 组织中，每个数据文件是为特定的应用所私有的，而数据库是从整体的观点来看待和描 述数据，数据不再是面向某一应用，而是面向整个系统。这样可以大大减少数据的冗余 度，既节约存储空间，减少存储时间，又可以避免数据之间的不相容性和不一致性。 2 数据结构化 数据库系统不仅考虑数据项之间的联系，还要考虑记录型之间的联系( 一对一、一对 多和多对多) ，系统首先描述这种联系，然后通过存取路径来实现这种联系。 3 数据冗余量小，易于扩充 在数据库的应用中，既可以取整体数据的各种合理子集用于不同的应用，又可以在 应用需求改变或增加时，重新选取不同的子集或加上一小部分数据来满足变化的需要。 4 具有较高的数据与程序独立性 数据库系统提供两方面的映像功能：数据的存储结构与逻辑结构的映像功能；总体逻 辑与某类应用所涉及的局部逻辑结构之间的映像功能。第一种功能使得当数据的存储结 构改变时，数据的逻辑结构可以不变，从而应用程序也不必改变，这就是数据和程序的 物理独立性。第二种功能使得当总体逻辑结构改变时，通过对映像的相应改变而保持局 第一章绪论 部逻辑结构不变，而根据逻辑结构编写的应用程序就不必修改，即数据和程序具有逻辑 独立性。 5 对数据实行集中统一控制 数据库系统提供统一数据定义、增删、检索及更新操作的手段并且统一控制数据的 安全性、完整性和保密性。 近年来，数据库技术日益成熟，一些大型关系数据库如o r a c l e ，m i c r o s o f ts q ls e r v e r 等己经提供数据仓库技术以及数据挖掘分析工具，能够处理海量数据，具有一定的智能。 它可以处理不同来源的数据，实现不同的数据格式转换，在知识库系统中可以随时地添 加事实性知识和规则性知识，大大增强知识库的完整性和处理能力。 1 3 3 数据库技术在热处理领域的应用 1 - 3 3 1 国内研究现状 我国十分重视热处理数据库的建立和开发应用工作，许多单位做出了积极的努力并 取得迸展。我国材料科学数据库建设始于8 0 年代后期，己建和在建数据库有2 5 个，分 布在各行业的研究所、高校和工厂等。北京机电研究所建立了热处理数据库与辅助决策 系统，并于】9 9 0 年推出了热处理数据库管理系统i i i ，包括热处理基础数据库、硬度选 择与硬度转换系统、中外热处理标准检索系统、淬火、退火与正火工艺数据库、热处理 设备与选型系统等。该系统随后研制开发淬透性预报系统软件并已投放市场。此外 还有：清华大学研制的典型零件( 轴类) 热处理数据库：上海材料研究所的机械工程材料数 据库；机械电子工业部机械结构强度数据库；中国科学院长春应用化学研究所的稀土数 据库；冶金工业部钢铁研究总院的合金钢数据库等。 1 - 3 3 2 国外研究现状 世界各国已建立了各种材料数据库，如美国是世界上数掘共享最发达的国家，其国 家标准局就拥有数十个数据库，其中材料库占有很大比例，如力学性能数据库、金属材 料弹性性能数据中心、材料腐蚀数据库等。德国技术试验协会的金属数据库s q l m a 有 3 0 0 0 种黑色和有色金属数据2 万多条。荷兰p e t t e r 欧洲研究中心的高温材料数据库 h t - d b 收集各种金属、非金属、复合材料的力学和热力学数据。法国有4 0 多个材料数 据库，英国有1 9 个单位建有各自的材料性能数据库。前苏联大约有7 0 个材料数据库分 布在不同的部门。日本的数掘库多数建于上世纪8 0 年代，日本金属研究所、日本金属学 会建有金属和复合材料力学性能数据库，包括疲劳、断裂、腐蚀、高温长时蠕变等数据。 1 4 建立材料热处理数据库的必然性 以上各种不同的材料数据库分别应用在材料学中各个不同的领域中。并在新材料的 开发研究、材料性能的研究、材料热处理等行业中发挥着重要的作用。但是在我国的热 西安石油大学硕士学位论文 处理行业中，大约有百分之八十的企业没有利用到这些数据资源，主要是因为我国现没 有做到数据资源共享，现有的丰j 料数据库局限在一些科研机构及少部分高校中，真正需 要使用数据库的企业却得不到必需的资料。在热处理行业中，如果没有材料的基础数据 将无法进行正常的生产。材料基础数据的缺乏将成为行业发展的一大瓶颈。 硅金属材料的生产、使用过程中如何检验其质量，以及在研究、开发新材料的过程 中，如何进一步改善和提高材料质量，是本专业广大科技人员十分关注的问题。而质量 的提高和新材料的开发往往以研究材料成分、组织结构、性能之间的关系和变化规律为 基础，并用热处理和表面处理工艺来提高材料的性能。寻找相关资料将会花费科技人员 大量的时问。为了使本专业或相近专业广大科技人员提高工作效率、缩短材料的开发周 期，为了使工厂企业可以优化选择使用材料、合理制定热处理或表面处理工艺、提高产 品质量和降低生产成本，开发设计出一个金属材料信息存储、管理、查询和研究高效优 质的工具软件成为必要。 1 5 论文的研究内容 金属材料热处理数据库的建立及查询系统的研究。本系统开发了八大产钢国( 中、 日、美、俄、德、英、法和瑞典) 及i s o 国际标准化组织的钢铁材料和特殊合金的基础 数据数据库，并设计相应的查询系统，能快速、准确的根据需要查询出所需的各种技术 数据。随着我国加入w t o ，越来越多的企业为了产品质量和打入国际市场等原因而选择 了国外优质钢材，这就向原有的利料基础数据库提出了挑战，本系统建立了一个包含中、 德、法、国际标准化组织、日、俄、瑞典、英国、美国等国各种钢铁材料牌号和性能等 基础数据在内的材料数据库，并使用多表关联的查询方法，能快速、准确、方便的检索 出材料的化学成分、物理性能、力学性能、热处理工艺参考数据、热处理工艺参考曲线 等材料基础数据的综合数据库系统。 第二章相关理论基础及工具介绍 第二章相关理论基础及工具介绍 2 1 引言 现代高新科学技术和信息管理技术的进步，特别是计算机应用技术和网络技术的进 步，对企业工艺信息管理水平的提高，提供了有力的物质技术基础，同时复杂多变的市 场竞争形势，也对企业如何提高工艺信息管理水平和企业整体竞争力提出了更新、更高 的要求。据不完全统计，在制造性企业中，工艺信息量约占企业管理信息总量的 3 0 一4 0 ，而企业内的工程技术人员和生产管理人员每天平均有4 0 的时间用在查询和 处理各种信息上，因此提高工艺信息管理水平，实现工艺信息的计算机集成化管理，实 现信息资源的集成与共享，具有十分重要的意义。 2 2 系统开发平台选取及其相关技术 本系统主要是以具有图形界面的客户服务器模式及分布式数据库应用程序的前端 开发工具p o w e r b u i l d e r 6 5 为前台开发工具，全球最大的关系数据库o r a c l e 8 0 做服务器 端部分的后台开发，利用p o w e r d e s i g n e r 8 0 做系统分析与数据建模，用o f f i c e 2 0 0 3 、清 华t h o c r 作为辅助开发工具，并在w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 操作系统下运行。 2 2 1 前台开发工具的选择 p o w e r b u i l d e r 是美国s y b a s e n c 的子公司p o w e r s o f l 在1 9 9 1 年6 月推出的基于客户 服务器( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构的新一代数据库应用开发工具。它己发展为开发客户机 服务器体系应用程序的首选开发环境。p o w e r b u i l d e r 是一种面向对象的、具有图形界面 的分布式数据库前端开发工具，它不但能够设计传统的高性能、基于客户服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 体系结构的应用系统外，也能够用于开发基于i n t e m e t 的应用系统。 p o w e r b u i l d e 6 5 支持应用系统同时访问多种数据库，如o r a c l e ，s y b a s e 之类的大型数 据库，也包括f o x p r o 之类的支持o d b c 接口的小型数据库。另外，p o w e r b u i l d e r 开发环 境携带的s y b a s es q l a n y w h e r e 也是一个功能强大的d b m s 数据库管理系统，并利用功 能强大的数据窗口( d a t a w i n d o w ) 处理数据，还可以利用数据管道d a t a p i p e l i n e 进行数据 迁移。 p o w e r b u i l d e r 支持分布式应用系统的开发，可以形成多层应用系统结构。即 p o w e r b u i l d e r 不仅能够开发客户端应用程序，还可以构造中间层的应用服务器，从而形 成分布式应用，这样提高了系统的性能。 下面简单地介绍一下p o w e r b u i l d e r 的功能和特点： 1 专业的客户朋务器开发工具 客户服务器是种将任务进行分解、然后协同解决的计算模式。客户端的应用程序 处理表象逻辑，提出任务请求、显示服务器的应答结果，服务器端的应用程序处理事务 西安石油大学硕士学位论文 逻辑，为客户提供服务，例如数据查询、打印等。 2 面向对象的开发工具 面向对象是软件开发的一种方法。这种方法产生的目标是增强应用程序代码的可重 复性和可靠性，同时减少应用程序的维护工作。面向对象的方法在p o w e r b u i l d e r 中就是 基于组件的开发方法，如其中的应用程序、窗口、控件、菜单等每一个对象就是一个应 用程序组件，开发人员可以使用这些组件组装新的应用系统而不是开发一个新系统。它 的特点是具有继承性、封装性和多态性。 3 交叉平台的开发环境 p o w e r b u i l d e r 可以在w i n d o w 3 x 、w i n d o w 9 5 、w i n d o w s n t 、a p p l em a c i n t o s h 以及 u n i x m o f i f 上运行，开发者只需在一种平台上学习p o w e r b u i l d e r , 就能够在多个环境中开 发应用程序。即不仅可以在不同的操作系统中使用相同的开发环境，而且在个系统中 开发的应用程序，只须拿到另外的系统中重新编译，就可以直接运行了。 4 强大、灵活的p o w e r s c r i p t p o w e r s c r i p t 是p o w e r b u i l d e r 使用的面向对象的编程语言。它是由语句、命令、函数、 用户自定义对象或类以及嵌入式s q l 语句组成的。p o w e r s c r i p t 是一种高级的、结构化 的语言，易学易用。 5 操作方便和有机结合的集成开发环境 p o w e r b u i l d e r 为开发人员提供了一个高度集成的工作环境，此环境由一系列画板 ( p a i n t e r ) 组成，包括窗口、菜单、数据窗口、数据库、应用程序管理、调试等。这种 集成的环境的一个最大好处是能使上述诸对象有机的结合在一起，相互关联，给开发人 员极大的方便。 6 数据窗口 数据窗口是为正在被观察的数据保留数据信息的特有对象，它为生成一个带有高质 量的数据库事务处理的应用程序提供了强大的实现方法，是p o w e r b u i l d e r 的核心，在对 数据库的开发过程中，无论是录入、查询、统计还是报表，都离不开数据窗口，并能以 多种类型风格来显示数据。 7 对w e b 的完整支持 8 提供了强大的配套工具产品包 为此，本系统采用了p o w e r b u i l d e r 作为数据库前端开发工具，而后台选择o r a c l e 8 0 数据库管理系统进行开发。 2 2 2 底层数据库系统及其选择 2 2 2 1 数据库系统简介 数据库系统提供了一种集中存储和维护信息的方法，主要有数据库管理系统 ( d b m s ) 、数据库应用程序、数据库( d a t a b a s e ) - - - 大部分组成。数据库管理系统专门负责 1 4 第二章相关理论基础及工具介绍 组织和管理数据信息，数据库应用程序提供获取、显示、更新d b m s 存储的数据的手段，4 数据库是有一定组织的，彼此相关的数据集合。 数据库管理系统是数据库系统的核心部分。使用数据库管理系统主要有三个优点： 第一，数据的组织、存储和管理与应用程序严密分开。第二，便于扩展现有应用系统和 开发新的系统。第三，通过标准界面，一个应用程序的数据由其它应用程序共享。使用 数据库管理系统对整个企业的数据进行组织、存储和管理，是实现集成化信息管理系统 的先决条件。 d b m s 经历了文件管理系统，层次数据库系统，网状数据库系统，关系数据库系统 和面向对象的数据库系统五个主要发展阶段。其中关系数据库以其完整的理论基础和直 观的表达方法在商业应用数据库中居主导地位。数据库管理系统( d b m s ) 是为数据库的建 立、使用和维护而配置的软件系统。它建立在操作系统上，是位于操作系统与用户之间 的一层数据管理软件，负责对数据进行有效的统一管理和控制。用户使用的各种数据库 命令及应用程序的执行，都要通过数据库管理系统。数据库管理系统还承担着数据库的 维护工作，按照数据库管理员d b a ( d a t ab a s ea d m i n i s t r a t o r ) 所规定的要求，保证数 据库的安全性和完整性。数据库管理系统的主要功能有以下几个方面： 数据库定义功能d b m s 通过数据定义语言d d l ( d a t ad e f i n i t i o nl a n g u a g e ，即 d d l ) 对数据库的结构进行描述，包括外模式、模式和内模式的定义。各种模式翻译程序 把用d d l 编写的各种模式翻译为相应的内部表示，分别称为目标外模式、外模式、和 目标内模式。这种目标模式是对数据库的描述，而不是数据本身。它们是刻画数据库的 框架，被保存在数据字典，是d b m s 存取和管理数据的基本依据。 数据库存取功能d b m s 提供数据操纵语言d m l ( d a t am a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ， 即d m l ) 实现对数据库数据的基本操作：检索、插入、修改和删除。 数据库运行管理这是d b m s 运行时的核心部分，包括并发控制、存取控制( 安 全性检查) 、完整性约束条件的检查和执行、数据库内部的维护( 如索引、数据字典的自 动维护) 等等。所有数据库的操作都要在这些控制程序的统一管理下进行，以保证任务的 正确运行，保证数据库的正确有效。 数据组织、存储和管理d b m s 分门别类地组织、存储和管理各类数据。包括数 据字典、用户数据、存取路径等，确定以何种文件结构和存取方式在存储级上组织这些 数据，如何实现数据之间的关系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间的利用率， 选择合适的存取方法提高存取效率。 数据库的建立和维护它包括数据库初始数据的载入、转换功能，数据库的转储、 恢复功能，数据库的重组功能和性能监视、分析功能等等。这些功能大都由各个实用程 序来完成。 西安石油大学硕士学位论文 2 2 2 2 数据库的选择 在目前的软件市场上，数据库管理系统主要有以下几种：m i c r o s o f t 公司推出的s q l s e r v e r 和a c c e s s 数据库软件，o r a c l e 公司开发的o r a c l e 数据库，l n f o r m i x 公司推出的 i n f o m a i x p o w e rs o f t 公司推出的p o w e r b u i l d e r , f o xs o f t w a r e 公司开发的f o x p r o 以及 v i s u a lf o x p r o ，b o r a n d 公司开发的d b a s e 和p a r a d o x 等。 数据库是整个控制系统的基础，是整个数据处理的核心，是与应用密切相关的支承 软件，因而数据库的选择对整个