计算机在材料科学与工程中的应用

1、学生实验报告实验课程名称计算机在材料科学与工程中的应用第 1 部分：实验分析与设计实验内容说明1、了解方差分析的原理，掌握实验数据方差分析的方法。2.分析运行结果，对实验结果做出正确解释，二、实验的基本原理与设计方差分析 (ANOVA)，也称为“ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/635275.htm t :/baike.baidu /_blank 方差分析”或“F 检验”，由 RA Fisher 发明，用于 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3151

2、09.htm t :/baike.baidu /_blank 检验两个和两个以上 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/6026792.htm t :/baike.baidu /_blank 样本均值之间差异的显着性。由于各种因素的影响，研究得到的数据存在波动。波动的原因可以分为两类，一类是不可控的随机因素，另一类是研究中施加的影响结果的可控因素。ANOVA检验是一种数据统计方法。在工农业生产和科学研究中，往往需要分析各种因素之间的相互作用对研究对象的某些指标的影响。在方差分析中，将实验数据的总体波动分为考虑因素引起的波动和随

3、机因素引起的波动，然后通过对这些变量进行分析比较，分析哪些因素对指标影响显着，哪些因素对指标影响显着。不是。明显地。具有交互效应的双因素方差分析：在双因素实验中，不仅每个因素对结果都有影响，而且两个因素不同水平的组合也会影响结果。在 ANOVA 中称为交互效应。三、主要设备及耗材一台电脑，源软件第二部分：实验调试与结果分析调试过程一种材料的铬质量分数在7个不同的实验室测量，每个实验室测量6次，测量结果见表5-1。尝试通过方差分析探讨不同的实验室因素对测量结果是否有显着影响。表 5-1测量次数实验室 1实验室 2实验室 3实验室 4实验室 5实验室 6实验室 712.0652.0732.0802

4、.0972.0532.0842.05222.0812.0812.0902.1092.0552.0442.06132.0812.0772.0702.0732.0502.0842.07342.0642.0502.0802.0892.0592.0762.03652.1072.0772.0902.0972.0532.0932.04862.0772.0772.1002.0972.0612.0732.040双向方差分析用于使用原始软件分析数据。使用原点进行分析1. 在 Origin 工作表中输入实验数据，如图 5-1 所示。图 5-1选择统计-方差分析-单向方差分析。打开对话框后，选择要分析的数据，根据影

5、响因素输入正确的输入。如图 5-2 所示。图 5-2在显着性水平中选择0.05，点击确定即可得到计算结果。如图 5-3 所示。图 5-3实验结果与分析来源方差分析结果使用原点单因素方差分析，计算出的 F 值为 8.68974，计算出的概率为 0.00001。可见，实验室对测量结果的影响是非常显着的。练习 1为了确定三种不同加热温度和三种不同保温时间对退火后T8硬度（HBW）的影响，为此对每个级别组合的硬度重复4次，实测数据列于表5 -2。分析了各因素间交互作用的显着性。 （提示：使用双向方差分析）表 5-2温度/ 时间/分钟204060720750780130,155,174,180134,1

6、40,180,150120,170,182,158150,188,159,126136,122,106,115122,170,158,145138,110,168,160174,120, 150,13996、104、182、1601. 在 sheet1 中输入要分析的数据：如下图 5-4。图 5-42.选择statistics-anova-two way anova。打开对话框后，选择要分析的数据，根据影响因素输入正确的输入。如图 5-5 所示。图 5-5在显着性水平中选择0.05，点击确定即可得到计算结果。如图 5-6 所示。图 5-6结论：温度和时间对T8钢退火后的硬度均无显着影响，两者之

7、间不存在相互作用。练习 2为了研究焊接温度和焊接时间对焊点强度的影响，测试了不同焊接温度（因素A）和焊接时间（因素B）下的焊点强度（MPa），测试结果为列在表 5-3 中。方差分析用于检验这两个因素之间是否存在交互作用以及它们对焊接接头强度的影响。表 5-3焊接时间/秒（因子 B）焊接温度/（A因子）36039055.6、5.86.9, 7.277.1、6.35.0, 4.5在 sheet1 中输入要分析的数据：如下图 5-7。图 5-72.依次选择statistics-anova-two way anova。打开对话框后，选择要分析的数据，根据影响因素正确输入。图 5-8。图 5-83、在显

8、着性水平中选择0.05，点击确定即可得到计算结果。图 5-9。图 5-9结论：焊接温度和焊接时间对焊点强度的影响均不显着，但两者的交互作用对焊点强度的影响非常显着。练习三对高速工具钢铣刀进行等温淬火工艺实验，研究等温温度（A因素）和淬火温度（B因素）对铣刀硬度（HRC）的影响（已知等温温度和淬火温度对铣刀的硬度有影响。无交互作用）。根据专业知识和实践经验，选择了等温温度和淬火温度三个等级，并根据析因实验安排实验方案。因子水平和实验结果见表5-4。尝试判断等温温度和淬火温度对高速工具钢铣刀在所选等级的硬度是否有显着影响（提示：等温温度选择（2，4）=18，淬火温度选择（2， 4) = 6.94)

9、。表 5-4等温温度/ C淬火温度/ 121012351250280646668300666867206567681、在sheet1中输入要分析的数据：如图5-10所示。图 5-102.选择statistics-anova-two way anova。打开对话框后，选择要分析的数据，根据影响因素输入正确的输入。图 5-11。图 5-113.将等温温度（因子 A）的显着性参数设置为 0.01，将淬火温度（因子 B）的显着性参数设置为 0.05。点击确定即可得到计算结果。图 5-12。图 5-12综合分析：根据方差分析，F A = 1.01，F 0.01 (2, 4) = 18 小于F 0.01

10、； F B = 7.42，F 0.05 (2, 4) = 6.94 大于 F 0.05 。即在选定的水平下，等温温度的水平变化对硬度没有显着影响，而淬火温度的水平变化对硬度有显着影响。实验总结、建议和经验在这个实验中，虽然操作并不难，但是因为我使用的版本和参考书中的版本不同，所以还是遇到了一些麻烦。问了我的同学后，我很轻松地做到了。总的来说，这是一个很简单的实验，应用范围很广。相信对以后会有很大的帮助。实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称实验6 材料实验数据方差分析实验结果实验者专业班材料科学1206班团体同行没有任何实验日期20 15.5.23第 1 部分：实验分析与设计

11、实验内容说明1. 掌握正交实验设计方法，对材料科学与工程实验进行正交实验设计。2. 使用正交实验设计软件对数据进行处理，分析实验结果。实验基础与设计正交实验法是利用排列整齐的表-正交表对实验进行整体设计、综合比较和统计分析，通过少量实验找到更好的生产条件，从而达到最高的生产工艺效果。正交表可以在因子变化的范围内进行均衡抽样，使每个测试都具有很强的代表性。由于正交表具有平衡分散的特点，它保证了综合实验的一些要求，而这些测试往往可以更好或更好。有利于实验的目的。正交实验法兼顾了综合实验法和简单比较法的优点：1、实验点代表性强，实验次数少2.无需重复实验即可估计实验误差3.可以区分主次因素4.实验结

12、果可以用数理统计处理使用“正交设计助手”软件：“正交设计助手”软件为正交实验设计中繁琐的实验布置表设计和结果分析提供了辅助工具。使用该软件可以完成一般正交设计。运行软件，选择正交表，输入实验数据，点击“分析”下拉菜单，得到实验计划表。三、主要设备及耗材一台电脑，正交设计辅助软件第二部分：实验调试与结果分析1.调试过程为了提高某产品的转化率，选取三个相关因素进行条件实验，即反应温度（A）、反应时间（B）、碱用量（C），并确定了它们的实验范围：答：80-90B：90-150分钟C: 5%-7%本实验的目的是找出 A、B 和 C 对转化率的影响。实验指标为转化率。因此，确定因素和水平见表 6-1。选

13、取L 9 (3 4 )正交表排列实验，转化率实验结果见表6-2。表 6-1 因子和水平表等级因素温度/ 时间/分钟碱用量/（质量分数，%）18090528512063901507表6-2 L 9 (3 4 )正交表实验得到的转化率结果列号123兑换率因素温度/ 时间/分钟碱用量/（质量分数，%）实验一8090531实验二80120654实验三80150738实验四8590653实验五85120749实验六85150542实验七9090757实验890120562实验九90150664(1)用正交表安排实验选取正交表L 9 ( 3 4 )，按照表6-1中各试验编号规定的水平组合进行9次试验，如表

14、6-2所示。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 ( 3 4 ) ，输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表，如图6-1所示。图 6-1(3) 范围分析各列的范围不相等，表示各因素水平变化对检验结果的影响不一样。测试结果有较大的变化，所以范围最大的列是水平对测试结果影响最大的因素，即最重要的因素。在这个实验中，由于 K A K B K C ，每个因素从初级到次级的顺序是 A、B、C。在“正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-2所示。图 6-2(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-3

15、所示。图 6-3实验结果与分析确定最优方案在本实验中，测试指标是转化率。指数越大越好。因此，应选择每个因子的k 1 、k 2和k 3最大值对应的水平，因为：A因子列：k 3 k 2 k 1B因子列：k 2 k 3 k 1C因子列：k 3 =k 2 k 1因此可以选择最优方案为A3B2C2，但考虑到B因素是次要因素，对实验结果影响不大，降低温度有利于降耗提高效率，所以选择的最优方案为改为A3B1C2。练习 1HAP生产工艺正交试验的最优条件设计。羟基磷灰石是一类生物陶瓷材料。采用正交实验设计法的原理，将反应物浓度、回流时间、氢氧化钠浓度、化华时间等湿法制备羟基磷灰石的几个重要因素作为正交表的实验

16、因素，分别为分别制定。针对三个层次，建立正交实验表L 9 (3 4 )进行实验研究，HAP生产工艺正交实验因子表如表6-3和表6-4所示，分别为实验安排和实验结果。表6-3 HAP生产工艺正交实验因子表等级Ca(NO 3 ) 2初始浓度/(mol/L)回流时间/hNaOH浓度/(mol/L)中国时间/小时10.18710.25120.41820.5230.93541.04按照正交表中各实验编号规定的水平组合进行9次实验，实验结果填入表6-4。分析了各因素对HAP收率的影响及制备HAP的最佳条件。表 6-4 实验安排及实验结果列号1234因素初始浓度/(mol/L)回流时间/hNaOH浓度/(m

17、ol/L)中国时间/小时实验结果实验一0.18710.25193.4实验二0.18720.5289.2实验三0.18741466.0实验四0.41810.5488.8实验五0.41821175.5实验六0.41840.25256.9实验七0.93511282.1实验 80.93520.25465.4实验九0.93540.5153.11. (1)用正交表安排实验选取正交表L 9 (3 4 )，按照表6-4中各试验编号规定的水平组合进行9次试验。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 ( 3 4 ) ，输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表，如图6-4所示。图 6-4

18、(3) 范围分析在“正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-5所示。在本实验中，由于 K B K A K C K D ，因此每个因素从初级到次级的顺序为 B、A、C、D。图 6-5(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-6所示。图 6-6(5) 最优方案的确定从效果曲线图可以看出，最优方案可以选择为A1B1C2D3。练习 2高速工具钢热处理工艺优化通过试验确定了W 6 Mo 5 Cr 4 V 2 高速工具钢的最佳热处理工艺。根据W 6 Mo 5 Cr 4 V 2高速工具钢的等温淬火热处理工艺，该材料的淬火温度和等温

19、温度范围分别为1210-1250和280-320。需要了解等温温度、淬火温度和等温时间对冲击吸收能量、弯曲强度和硬度的影响。W 6 Mo 5 Cr 4 V 2高速工具钢见表6-6，实验选用L 9 (3 4 )正交表，力学性能结果见表6-7。分析了W 6 Mo 5 Cr 4 V 2 高速工具钢的最佳热处理工艺。6 Mo 5 Cr 4 V 2 高速工具钢热处理工艺等级及因素排列等级等温温度/淬火温度/等温时间/h128012101230012352332012503表 6-7 力学性能统计实验编号ABC 空列1 2 3 4减震能量/J挠度/mm抗弯强度/MPa硬度/HRC1大号9 (3 4 )47

20、.04.773-1238.54.5400324.83.5-741429.34.0-260546.04.3-31632.03.8-230.5733.04.527-1842.74.320925.73.5-5211. (1)用正交表安排实验选取正交表L 9 (3 4 )，按照表6-7中试验编号规定的水平组合进行9次试验。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 （3 4 ），输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表。(3) 范围分析在“正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-7(a)、6-7(b)、6-7( c)，如 6-7(d

21、) 所示。6-7(a)冲击吸收能量6-7(b)挠度6-7(c)弯曲强度6-7(d)硬度(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-8 (a)、6-8(b)、6-8(c)、6-8(d)所示。6-8(a)冲击吸收能量6-8(b)挠度6-8(c)抗弯强度6-8(d)硬度(5) 最优方案的确定从冲击吸收功、挠度、抗弯强度和硬度的影响曲线可以看出，最优方案可选择A1B2C1、A1B1C1、A1B1C1、A2B3C2，但考虑次要因素，对实验结果影响不大，同时降低温度有利于降耗提高效率，所以优化方案还是有很多选择的，具体方案根据实际情况确定。练习三采用正交设计研究了工艺对AlN

22、/ZL101原位复合材料硬度的影响。实验过程是纯铝熔化后，在700左右加入硅和镁，当温度继续升温到950-1050时，通过石英玻璃向密封液中注入氮气管采用底吹法，流量控制在10mol/min，控制时间。 35-65min后，将温度降至750并放渣，将金属模具倒入样品中。分析了Mg含量和工艺对AlN/ZL101性能的影响。因素及水平见表6-8，正交实验安排及实验结果见表6-9。表 6-8 因子和水平表等级因素镁质量分数（%）温度/时间/分钟119503521.510005032.5105065表 6-9 正交实验布置及实验结果列号1234实验结果因素镁质量分数（%）温度/时间/分钟硬度 HBW抗

23、拉强度/MPa伸长（）实验一11111042902.9实验二1222119.33284.4实验三1333962821.9实验四2122107.3292.52.8实验五2233102.4289.82.7实验六2311114.32942.4实验七313380.22442.9实验 8321185.42532.5实验九332292.72642.61. (1)用正交表安排实验选取正交表L 9 (3 4 )，按照表6-9中试验编号规定的水平组合进行9次试验。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 (3 4 )，输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表，如图。(3) 范围分析在“

24、正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-9(a)、6-9(b)、6-9( c) 所示。6-9(a)硬度6-9(b)抗拉强度6-9(c)伸长率(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-10 (a)、6-10(b)、6-10(c)所示。6-10(a)硬度6-10(b)抗拉强度6-9(c)伸长率(5) 最优方案的确定从硬度、抗拉强度和伸长率的影响曲线可以看出，最优方案可以选择为A2B2C2、A1B2C2、A1B2C2，但考虑到次要因素，对实验结果影响不大，还有其他更多最优条件，应该是什么情况，要看实际情况。练习四通过正交设

25、计研究了无机材料的组成对弹性模量的影响。无机材料的组成见表6-10，球材料的组成对弹性模量的影响。根据实验要求，按L 9 (3 4 )进行实验，弹性模量测试结果见表6-11。表 6-10 无机材料的组成（质量分数）等级二氧化硅_钠2O _钾2氧氧化钙1727.268.1612.682746.767.6611.683766.267.1610.68表 6-11 实验按 L 9 (3 4 )的弹性模量测试结果实验编号1234实验结果111117.2636212227.2582313337.2456421137.201522217.3130623327.2560731127.2558832237.19

26、88933317.30861. (1)用正交表安排实验选取正交表L 9 (3 4 )，按照表6-12中试验编号规定的水平组合进行9次试验。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 （3 4 ），输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表。(3) 范围分析在“正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-11所示。在本实验中，由于KCKBKDKA，因此每个因素从初级到次级的顺序是C、B、D、A。图 6-11(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-12所示。图 6-12(5) 最优方案的确定从效果曲线

27、图可以看出，优化方案多种多样。考虑到次要因素和主要因素的区别不明显，优化方案取决于具体的实验条件。练习五通过正交设计研究了在PTFE中添加填料对静摩擦系数和动摩擦系数差异的影响。聚四氟乙烯摩擦因数小、耐磨性差、蠕变现象等缺点，可通过在聚四氟乙烯中添加填料使其成为复合材料而得到改善。2 对 PTFE的 摩擦 性能 采用 正交 实验 法 进行 了 研究 .由于摩擦试验采用45钢作为摩擦副，其表面粗糙度对摩擦性能也有重要影响，因此应考虑45钢表面粗糙度的影响。铜粉、石墨、玻璃纤维和MoS 2的体积分数分别为20%-35%、5%-20%和3%-6%，45钢的表面粗糙度Ra值为0.4-3.2um。根据

28、Stribeck 摩擦模型，静摩擦系数与滑动摩擦系数之差越小，性能越好。因此，采用静摩擦系数与滑动摩擦系数之差作为实验评价指标。实验需要考察五个因素和四个水平，因此实验设计采用L 16 4 5正交表。正交实验方案见表6-12，根据L 16 4 5 型正交表，实验方案和得到的实验结果见表6-13。表 6-12 正交实验方案等级铜粉体积分数（%）石墨体积分数（%）玻璃纤维体积分数（%）MoS 2体积分数(%)表面粗糙度Ra1205530.422571040.833091551.6435112063.2表6-13 涉及的实验方案及根据L 16 4 5 型正交表得到的实验结果实验编号铜粉石墨玻璃纤维二

29、硫化钼表面粗糙度实验程序F静滑实验一11111A1B1C1D1E10.00798实验二12222A1B2C2D2E20.0226实验三13333A1B3C3D3E30.0284实验四14444A1B4C4D4E40.0459实验五21234A2B1C2D3E40.0359实验六22143A2B2C1D4E30.0202实验七23412A2B2C4D1E20.00926实验 824321A2B4C3D2E10.00601实验九31342A3B1C3D4E20.00916实验 1032431A3B2C4D3E10.0292实验 1133124A3B3C1D2E40.0179实验 1234213A3

30、B4C2D1E30.00588实验 1341423A4B1C4D2E30.00914实验 1442314A4B1C4D2E30.0327实验 1543241A4B3C2D4E20.0117实验 1644132A4B4C1D3E10.03191. (1)用正交表安排实验选取正交表L 9 (3 4 )，按照表6-6中试验编号规定的水平组合进行9次试验。(2)使用“正交设计助手”软件运行软件，选择正交表L 9 （3 4 ），输入试验数据，点击“分析”下拉菜单，得到试验计划表。(3) 范围分析在“正交设计助手”软件中，点击“直观分析”按钮，可以直观地分析计算正交实验的结果，如图6-13所示。在这个实验

31、中，由于KEKDKA=KBKC，所以每个因素从初级到次级的顺序是E、D、A、B、C。图 6-13(4) 结果说明点击“因子指数”按钮，可以得到各因子的效果水平图，如图6-14所示。图 6-14(5) 最优方案的确定从效果曲线图可以看出，最优方案可以选择A1B2C4D3E4，但考虑到C因素是次要因素，对实验结果影响不大，降低温度有利于降耗提高效率，所以选择的最优方案改为A1B2C2D3E4。三、实验总结、建议和经验本试验操作简单，使用方便，应用范围广，分析简单易懂。相信这款软件对我以后的学习和工作会有很大的帮助。实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称实验9 理想溶液二元相图的计

32、算实验结果实验者专业班材料科学1206班团体同行没有任何实验日期20第 1 部分：实验分析与设计实验内容说明1.了解相图在材料科学与工程中的意义以及理想解二元齐相相图的计算方法。2.学习使用C语言或其他语言编程计算理想解的二进制齐相图。3、了解国外相图计算软件的现状，利用相图计算软件进行相图计算。二、实验的基本原理与设计1.理想解相图计算理论理想液体混合物中任意组分B的化学势为： = +RTln ，对于1mol理想液体混合物，结合化学势的定义，上式可写为：= +RTln (1)假设在规定的温度和压力下，物质B中存在和两相，当达到平衡时，有：= (2)在我们研究的体系中，有两个组分 A 和 B。

33、对于组分 A，将式（1）代入式（2）可得：整理数量： （3）同样可以得到： (4)使用等式（3）和（4），可以计算出理想溶液平衡两相的组成。2.相图计算软件介绍目前，集成热化学数据库和相图计算软件的系统主要有瑞典皇家理工学院材料科学与工程系主要开发的Thermo-Calc系统和FACT（Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics）系统。 .这些软件的共同特点是集成了自洽的热化学数据库和先进的计算软件。Pandat合金相图软件和热力学计算软件是美国CompuThermLLC公司开发的用于计算多合金相图和热力学性能的软件包。可用于计算各

34、种合金的标准平衡相图和热力学性能，用户也可以使用自己的热力学数据进行相图和热力学计算。三、主要设备及耗材一台电脑，pandat8.1，Matlab7.0。第二部分：实验调试与结果分析调试过程1. 数据准备以 NiO-MgO 体系为例进行计算。以纯液态NiO为NiO的标准态，以纯固态MgO为MgO的标准态， 和的近似计算公式如下：(1)(2)对 NiO-MgO 系统使用方程 (1) 和 (2)，假设液相 (l) 为 ，固相 (s) 为 ，我们有：(3)同样可以得到：(4)因为, , 那么 (1) 可以写成：(5)将（3）和（4）结合在一起，我们得到：(6)(7)NiO-MgO的完全固溶体相图可由

35、式(6)和式(7)计算得到。Matlab的相图1）打开Matlab软件，点击菜单中的File/New/M-File，创建Editor。2) 用英文输入法输入以下源代码，回车，弹出“图1 ”窗口，NiO-MgO二元相图，如图9-1、9-2所示。图 9-1图 9-23.用Matlab+Origin画相图1）打开Matlab软件，点击菜单中的File/New/M-File，创建Editor。2) 用英文输入法输入源代码。如图 9-3 所示。图 9-33. 将源代码复制粘贴到“命令行窗口”，回车，得到“工作区” 。计算不同温度下的xmgol（液相MgO）含量和xmgos（固相MgO）含量。如图9-4、

36、9-5所示。图 9-4图 9-5“Workspace”中“T”、“xmgol ” 、“xmgos ”的数据导入Origin。如图 9-6 所示。图 9-65、选择四行数据，点击下图中的“/”。获取NiO-MgO二元相图，双击线进行设置，得到如下图9-7、9-8、9-9、9-10、9-11。图 9-7图 9-8图 9-9图 9-10图 9-11练习 1计算 Bi-Sb 二元相图。已知Bi-Sb二元相图都是齐次相图，假设系统是理想解。计算并绘制相图，将计算出的相图与数据中测得的Bi-Sb二元相图进行比较。 和 分别是 Bi 和 Sb 的标准摩尔自由能。1）打开Matlab软件，点击菜单中的File

37、/New/M-File，如图9-1-1，创建Editor。2) 用英文输入法输入源代码。图片9-1-13) 将源代码复制粘贴到“命令行窗口”，回车即可得到“工作区” 。计算不同温度下的xsbl（液相Sb）含量和xsbs（固相Sb）含量。4）将“Workspace”中“T”、“xsbl ”和“xsbs ”的数据导入Origin。如图9-1-2所示。图片9-1-25) 选择四行数据，点击“/”。得到NiO-MgO二元相图，双击线进行设置，得到下图9-1-39-1-4、9-1-5。图片9-1-3图片9-1-4图片9-1-5图片9-1-5练习 2理想溶液Mo-Ru二元共晶相图的计算与绘制。一个已知的其

38、中 和 分别是各相的标准摩尔自由能。假设 L、 和 是理想溶液，当两相处于平衡状态时，两相中同一族成员的化学势相等。给定一系列温度，计算三相的 L-、L- 和 - 平衡组成，并画图求出共晶温度。可用解析法计算，也可编入静思园。要求：计算并绘制相图，并将计算得出的相图与实际的Mo-Ru二元共晶相图进行比较。1）打开Matlab软件，点击菜单中的File/New/M-File，创建Editor。用英文输入法输入源代码。如图9-2-1所示。图片9-2-1用Matlab计算上面的数据，得到不同温度条件下的x(Ru, l)和x(Ru, s)，但是前面数据的计算是根据大温度范围（1600-2800）计算的

39、，在得到初始图中，需要去除一些数据（可以根据原始图的交集来判断），去除的数据如图所示在origin处9-2-2。图9-2-2(a) 图 9-2-2 (b)使用origin来制作如图所示的处理后的数据9-2-3。图片9-2-3练习三计算 Al-Mg-Si 三元相图。用Pandat8.0软件计算了Al-Mg-Si三元体系在500 和600 下的等温截面相图。1）打开P andat软件后，依次点击菜单栏中的Database / Load Demo Databse。弹出“选择组件”对话框。图为9-3-2读取数据库的实现，选择本实验要使用的三元素Al-Mg-Si，点击“确定”。图片9-3-1依次在菜单栏

40、中选择Calculation / Section ( 2D) ，弹出一个新窗口“Calculate Section 2D” 。3）由于标题是500摄氏度，这里是K，所以点击图中的“选项”选项，在“温度”选项中点击“摄氏度” 。如图9-3-2所示。图片9-3-2500 ” ，点击“Ok”，得到Al-Mg-Si三元体系在500下的等温相图。如图9-3-3。图片9-3-35) 重复以上步骤，只需将温度全部改为600 即可。可以得到Al-Mg-Si三元体系在600 下的等温相图。如图9-3-4所示。图片9-3-4练习四计算 Al-5Cu-10Mg-3Si 的相组成。通过PANDAT8.0软件计算了Al

41、-5Cu-10Mg-3Si（摩尔分数）铝合金在500 和600 下的相组成。1）打开P andat软件后，依次点击菜单栏中的Database / Load Demo Databse。弹出“选择组件”对话框。如图9-4-1所示。为实现数据库的读取，选择本实验使用的Cu-Al-Mg-Si三种元素，点击“确定”。图片9-4-1依次在菜单栏中计算/Point( 0D) ，会弹出一个新窗口“Calculate Point(0D)” 。3) 输入500的温度和空白中各组分的组成，xAL=0.82, xCU=0.05, xAL=0.1, xAL=0.03 。如图9-4-2所示。图片9-4-2点击“确定”生成

42、Al-5Cu-10Mg-3Si组成的Al合金在500时的相组成、各相的组成和各相的吉布斯自由能。如图9-4-3所示。图9-4-3(a) 图 9-4-3 (b)图9-4-3(c) 图 9-4-3 (d)5) 将温度重新设置为 600C，以生成 Al-5Cu-10Mg-3Si 组成的铝合金在 600C 的相组成、各相的组成和各相的吉布斯自由能。如图所示9-4-4。图片9-4-4实验结果与分析1 、实验结果描述及实验现象分析下图和9-5-19-5-2 ，两条曲线吻合得很好。图片9-5-1图片9-5-2第一个练习是将实验结果（图片9-5-3）与书中的数据进行比较。可以看出，计算结果与实际情况相符，系统

43、符合理想解型。图片9-5-3练习 2得到的相图与数据中的相图存在一定误差，说明Mo-Ru体系偏离了理想解模型。练习 3 500C 和 600C 的相图分别如下图9-5-4和 9-5-5 所示。图 9-5-4 500图 9-5-5 600练习四分析组成为Al - 5Cu-10Mg-3Si的铝合金在500 和600 时的分析组成、各相的组成和各相的吉布斯自由能。从表 1 和表 2中得到的数据可以看出：500 有4个稳定相，分别是MG2SI、F cc - A1、S、ALCU_THETA。在600 时，只有一种稳定的液相，表明整个合金完全液化。表1 Al-5Cu-10Mg-3Si铝合金500相组成计算

44、结果X(铝)(%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%)3克/（焦/摩尔）-33615.6稳定期硅FCC-AlS期-CuA体积分数0.08792960.7769070.1026190.0325443克/（焦/摩尔）-45777.1-30204.2-45873.3-43554.4H/(焦/摩尔)-8952.4313123.1-3680.33-2081.01S/J/(K 摩尔)47.629456.0454.572853.6292J/(K 摩尔)28.515930.296529.451329.4611X(铝)(%)-0.961030.50.677839X(Cu)(%)-0.017

45、84090.250.322161X(Mg)(%)0.6666670.02024110.25-X(Si)(%)0.3333330.000888293-表2 Al-5Cu-10Mg-3Si铝合金600相组成计算结果X(铝)(%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%)3克/（焦/摩尔）-40257.2稳定期液相体积分数1克/（焦/摩尔）-40257.2H/(焦/摩尔)24505.6S/J/(K 摩尔)74.1714J/(K 摩尔)30.5144X(铝)(%)82X(Cu)(%)5X(Mg)(%)1X(Si)(%)3三、实验总结相图是一个非常重要的部分。对于金属材料，相图也是分析它

46、们的必要材料。第一次使用PANDAT8.0还是比较流畅的。它的功能非常强大。等可以是准确的模型。相信对以后的学习和生活会有很大的帮助。实验项目名称连续冷却过渡图实验结果实验者专业班材料科学1206班团体同行实验日期2015.5.23第 1 部分：实验分析与设计实验说明_1.了解钢的连续冷却转变图的概念和应用。2、了解钢的连续冷却转变图的测量方法，利用热模拟器建立钢的连续冷却转变图。二、实验的基本原理与设计一、基本原则奥氏体：由碳溶解在伽马铁中形成的间隙固溶体，具有面心立方结构，无磁性。奥氏体是一般钢在高温下的组织，它的存在有一定的温度和成分范围。珠光体：奥氏体共析转变形成的铁素体和渗碳体的共析

47、体（奥氏体是碳溶解在-Fe中的间隙固溶体）。贝氏体：低合金钢在中温和等温温度下可以获得有别于高温转变和低温转变的显微组织。2. 实验设计根据实验要求，绘制了7种不同降温速率下的降温速率曲线和材料CCT曲线并进行分析，因此本实验使用origin软件绘制。三、实验手段的确定及步骤绘制冷却速度曲线时，以初始温度为910，根据不同的冷却速度绘制冷却曲线；然后将珠光体和贝氏体转变开始和结束时测得的相关数据绘制成冷却图，根据最终图进行相应的数据图分析。三、主要设备及耗材一台电脑，源软件第二部分：实验调试与结果分析（可加页）1.调试过程无碳化物Bay / Ma（ CFB/M ）复合高强钢新材料研究项目测得如

48、下：奥氏体化温度910；临界点温度：A c3 =807C； A c1 =769； M s =295； M f =160C珠光体相变开始数据如表11-1所示。表 11-1温度/670660600592579530510480时间/秒6747349588045519854211606086珠光体转变结束数据见表11-2。表 11-2温度/620581540时间/秒8348645010261贝氏体相变开始温度见表11-3。温度/290333355386410437时间/秒9516033674814736704贝氏体相变结束温度见表11-4。表 11-4温度/160194212240265时间/秒21

49、54479431931年8904根据给定的四组实验数据，绘制冷却速率（见表11-5）曲线和材料CCT曲线，并给出分析。表 11-51234567降温速度（ /s ）73.51.560.70.350.070.0351、双击鼠标左键打开源软件，选择菜单命令文件新建，打开如下界面，如图11-1所示。图 11-1选择 Project 并单击 OK 创建一个新的项目文件。2、在新建的工程文件中，点击，如图11-2所示：图 11-2双击x轴，在出现的X Axis-Layer 1中设置如图11-3所示：选择DisplayScientific:1E3。图 11-3设置好Tick Labels后，点击Scale

50、，设置相关参数如图11-4所示，点击“OK”完成X轴设置。图 11-4设置 Y 轴时，只需在 scale 中更改相关参数即可，如图 11-5 所示。图 53、点击Function 1中的New Function，在出现的Plot Details中设置冷却速度为7 /s的冷却曲线函数910-7*X ，如图11-6所示；同时，可以点击线对图形进行设置，比如在Color中选择Green，当冷却速度为7 /s时，点击OK完成冷却曲线的绘制。图 11-64. 重复步骤 3，绘制冷却速率为 3.5(910-3.5*X)、1.56(910-1.56*X)、0.7(910-0.7*X)、0.35(910-0.

51、35*X)、0.07(910) -0.07*X)、0.035(910-0.035*X)倍率曲线，结果如图11-7所示；图 11-75.点击New FunctionPlot DetailsFunction，设置F9(x)=807；在该行中选择 Dash in styl，在 color 中选择 Red，然后单击 OK；以同样的方式设置 F10(x)=769。6. 点击 创建四个工作簿，分别输入珠光体相变起始数据、珠光体相变结束数据、贝氏体相变起始数据和贝氏体相变结束数据。7、打开Function1，当绘图窗口为当前窗口时，双击窗口左上角的layer 1，打开Plot Setup界面，在上面板双击B

52、ook1，选择A为X，B为中间面板的Y，点击添加，如图11-8所示； Book2、Book3、Book4同样操作，最后点击OK，完成数据的添加。结果图如图 11-9 所示。图 11-8图-98、将图9中新增的四条曲线（Line）改为散点图（Scatter），方法是：鼠标选中一条曲线，右键，选择Change Plot toScatter，改为散点图之后，双击一个点，选择Plot DetailsSymbol，设置点的形状。9、点击原点界面左端的按钮，选择曲线箭头工具，手动绘制一条与图中点匹配良好的曲线，绘制图形，如图11-10所示。图 1010、选择New FunctionPlot DetailsFunction，取消勾选Auto X Rage复选框，将X轴起点改为0.1和215，F11(x)输入160，点击OK，如图11-11所示.用同样的方法画出F12(x)=295，把X轴的起点改为0.1和100。图-112. 实验结果与分析淬火工艺是将钢加热到Ac3或Ac1点以上的温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却，以获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。实验假设冷却从 910C（奥氏体化温度）开始，即当钢或其他铁基合金组织部分或完全奥氏体时