计算机在材料科学与工程中的应用

1、.学生学号0121201010434实验课成绩武汉理工大学学 生 实 验 报 告 书实验课程名称 计算机在材料科学与工程中的应用 开 课 学 院 材料科学与工程学院 指导老师姓名 朱晓萌 学 生 姓 名 学生专业班级 材科1206班 2015 2016学年 第二学期实验课程名称：计算机在材料科学与工程中的应用实验项目名称实验5 材料实验数据方差分析实验成绩实验者专业班级材科1206班组别同组者无实验日期2015.5.23第一部分：实验分析与设计一、实验内容描述1、了解方差分析原理，掌握实验数据方差分析方法。2、分析运算结果，对实验结果作出正确解释、二、实验基本原理与设计 方差分析(Analys

2、is of Variance，简称ANOVA)，又称“变异数分析”或“F检验”，是R.A.Fisher发明的，用于两个及两个以上样本均数差别的显著性检验。 由于各种因素的影响，研究所得的数据呈现波动状。造成波动的原因可分成两类，一是不可控的随机因素，另一是研究中施加的对结果形成影响的可控因素。 方差分析试验是是数据的一种统计方法在工农业生产和科学研究中经常要分析各种因素之间的交互作用对研究对象某些指标的影响。在方差分析中，把实验数据的总波动分为由所考虑因素所引起的波动和随机因素引起的波动，然后通过分析比较这些变差来分析哪些因素对指标的影响是显著的，哪些是不显著的。 双因素有交互效应的方差分析：

3、在两个因素的试验中，不单每一个因素对结果有影响，两个因素的不同水平相组合对结果也会产生影响。在方差分析中叫做交互效应。三、主要仪器设备及耗材计算机一台，origin软件 第二部分：实验调试与结果分析一、 调试过程在7个不同的实验室对某材料的铬质量分数进行测量，每个实验室测量了6次，测量结果列入表5-1。试通过方差分析探讨不同实验室因素对测量结果是否有显著性影响。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712.0652.0732.0802.0972.0532.0842.05222.0812.0812.0902.1092.0552.0442.06132.0812.07

4、72.0702.0732.0502.0842.07342.0642.0502.0802.0892.0592.0762.03652.1072.0772.0902.0972.0532.0932.04862.0772.0772.1002.0972.0612.0732.040拟用origin软件进行双因素方差分析该组数据。运用origin进行分析1、在Origin工作表中输入实验数据如图5-1所示。图5-12. 依次选择stastistics-anova-one way anova。打开对话框后选择要分析的数据，按因素影响正确输入。如图5-2所示。图5-23. 在significance level

5、选择0.05点击ok得计算结果。如图5-3所示。图5-32、 实验结果及分析origin方差分析的结果采用origin单因素方差分析，F值计算结果为8.68974，计算所得的概率为0.00001，由此可见实验室对测量结果的影响为高度显著。习题一 为确定三种不同加热温度和三种不同的保温时间对退火后T8硬度（HBW）的影响，为此，对每种水平组合重复测硬度4 次，测得数据列入表5-2，试分析各因素及因素之间交互作用的显著性。（提示：采用双因素方差分析）表5-2温度/时间/min204060720750780130,155,174,180134,140,180,150120,170,182,15815

6、0,188,159,126136,122,106,115122,170,158,145138,110,168,160174,120，150,13996，104,182,1601.在sheet1中输入要分析的数据：如下图5-4。图5-42.依次选择stastistics-anova-two way anova。打开对话框后选择要分析的数据，按因素影响正确输入。如图5-5所示。图5-53. 在significance level 选择0.05点击ok得计算结果。如图5-6所示。图5-6结论：温度和时间对退火后T8钢硬度都没有显著影响，而且二者无交互作用。习题二为研究焊接温度和焊接时间对焊点强度的影

7、响，测试了不同焊接温度（因素A）和焊接时间（因素B）下的焊接点强度（MPa)，测试结果列入表5-3。用方差分析法检验两个因素之间是否存在交互作用及其对焊接点强度的影响。表5-3焊接时间/s(因素B)焊接温度/ (因素A)36039055.6,5.86.9,7.277.1,6.35.0，4.51. 在sheet1中输入要分析的数据：如下图5-7。图5-72.依次选择stastistics-anova-two way anova.打开对话框后选择要分析的数据，按因素影响正确输入。如图5-8。图5-83.在significance level 选择0.05点击ok得计算结果。如图5-9。图5-9结论

8、：焊接温度和焊接时间对焊点强度都没有显著影响，但二者的交互作用对焊点强度的影响高度显著。习题三对某高速工具钢铣刀进行等温淬火工艺实验，以考察等温温度（因素A)和淬火温度（因素B)对铣刀硬度（HRC）的影响（已知等温温度和淬火温度对铣刀硬度的影响无交互作用）。根据专业知识和实践经验，等温温度和淬火温度各取3个水平，按析因实验安排实验方案，因素水平及实验结果见表5-4。试判断在所选的水平范围内，等温温度和淬火温度对高速工具钢铣刀的硬度影响是否显著（提示：等温温度选择(2，4)=18，淬火温度选择(2，4)=6.94)。表5-4等温温度/淬火温度/12101235125028064666830066

9、6867206567681.在sheet1中输入要分析的数据：如图5-10。图5-102.依次选择stastistics-anova-two way anova。打开对话框后选择要分析的数据，按因素影响正确输入。如图5-11。图5-113.等温温度（因素A）设置Significant参数为0.01，淬火温度（因素B）设置Significant参数为0.05。点击ok得计算结果。如图5-12。图5-12综合分析：根据方差分析，计算得FA=1.01，F0.01（2，4）=18 比F0.01小；计算得FB=7.42，F0.05（2，4）=6.94 比F0.05大。即在所选水平范围内，等温温度的水平变

10、化对硬度无显著影响，而淬火温度的水平变化对硬度的影响显著。3、 实验小结、建议及体会 在本次实验中，虽然操作并不困难，但是因为我所用的版本和参考书上的不一样，我还是遇到了一定的麻烦，在询问过同学之后，很简单的就做好了。总体来说这是一个很简单的试验，应用范围也非常广，我相信对以后会有很大帮助。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成绩实验者专业班级材科1206班组别同组者无实验日期2015.5.23第一部分：实验分析与设计一、实验内容描述1、掌握正交实验设计方法，对材料科学与工程中的实验进行正交试验设计。2、用正交试验设计软件进行数据处理，对实验

11、结果进行分析。2、 实验基本原理与设计 正交实验法就是利用排列整齐的表 -正交表来对试验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件，以达到最高生产工艺效果。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样，使每次试验都具有较强的代表性，由于正交表具备均衡分散的特点，保证了全面实验的某些要求，这些试验往往能够较好或更好的达到实验的目的。 正交实验法兼顾了全面实验法和简单比较法的优点： 1. 实验点代表性强，试验次数少 2. 不需要做重复试验，就可以估计实验误差 3. 可以分清因素主次 4.

12、 可以使用数理统计的方法处理实验结果   采用“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安排表设计和结果分析提供了一个辅助工具。使用该软件可以完成一般的正交设计。运行该软件，选取正交表，输入实验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表。三、主要仪器设备及耗材计算机一台，正交设计助手软件 第二部分：实验调试与结果分析一、调试过程 为提高某产品的转化率，选择了三个有关的因素进行条件实验，分别为反应温度(A)、反应时间（B）、用碱量（C），并确定了它们的实验范围：A:80-90B:90-150minC:5%-7% 本实验的目的是弄清A、B、C对

13、转化率的影响，实验指标为转化率，因此确定因素、水平表见表6-1。选取L9(34)正交表安排实验，得到转化率实验结果列入表6-2。表6-1 因素、水平表水平因素温度/时间/min用碱量/（质量分数，%）18090528512063901507表6-2 用L9(34)正交表进行实验所得转化率结果列号123转化率因素温度/时间/min用碱量/（质量分数，%）实验18090531实验280120654实验380150738实验48590653实验585120749实验685150542实验79090757实验890120562实验990150664（1）用正交表安排实验选取正交表L9(34)，按表6-

14、1各试验号中规定的水平组合进行9次试验如表6-2。（2）采用“正交设计助手”软件运行该软件，选取正交表L9(34)，输入试验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表，如图6-1所示。图6-1（3）极差分析 各列的极差是不相等的，这说明各因素的水平改变对试验结果的影响是不相同的，极差越大，表示该列因素的数值在试验范围内的变化，会导致试验指标在数值上有更大的变化，所以极差最大的那一列，就是因素的水平对试验结果影响最大的因素，也就是最主要的因素。在本实验中由于KA>KB>KC，所以所以各因素从主到次的顺序为A，B，C。在“正交设计助手”软件中，单击“直观分析”按钮，对正交实验结果进行直观

15、分析和计算，如图6-2所示。图6-2（4）结果描述 单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，如图6-3所示。图6-32、 实验结果及分析优方案的确定 在本实验中，试验指标是转化率，指标越大越好，所以应挑选每个因素的k1，k2，k3中最大的值对应的那个水平，由于： A因素列：k3>k2>k1 B因素列：k2>k3>k1 C因素列：k3=k2>k1所以优方案可选取为A3B2C2，但是考虑到B因素为次要因素，对实验结果影响不大，而降低温度有利于降低消耗、提高效率故选取的优方案改为A3B1C2。习题一 HAP生产工艺正交实验最优条件设计。羟基磷灰石是一类生物陶瓷材

16、料。利用正交实验设计法的原理，将湿法制备羟基磷灰石的几个重要因素，如反应物浓度、回流时间、氢氧化钠浓度、陈华时间作为正交表的实验因子，并分别拟定了三个水平，建立正交实验表L9(34)进行实验研究，HAP生产工艺正交实验因子表以及实验安排和实验结果分别见表6-3和表6-4.表6-3 HAP生产工艺正交实验因子表水平Ca(NO3)2初始浓度/(mol/L)回流时间/hNaOH浓度/(mol/L)陈华时间/h10.18710.25120.41820.5230.93541.04按正交表各实验号中规定的水平组合进行9次实验，实验结果填入表6-4。试分析各因子对HAP产率的影响及制备HAP的最优条件。表6

17、-4实验安排和实验结果列号1234因素起始浓度/(mol/L)回流时间/hNaOH浓度/(mol/L)陈华时间/h实验结果实验10.18710.25193.4实验20.18720.5289.2实验30.18741466.0实验40.41810.5488.8实验50.41821175.5实验60.41840.25256.9实验70.93511282.1实验80.93520.25465.4实验90.93540.5153.11.（1）用正交表安排实验 选取正交表L9（34），按表6-4各试验号中规定的水平组合进行9次试验。（2）采用“正交设计助手”软件 运行该软件，选取正交表L9(34)，输入试验数

18、据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表，如图6-4所示。图6-4（3）极差分析 在“正交设计助手”软件中，单击“直观分析”按钮，对正交实验结果进行直观分析和计算，如图图6-5所示。在本实验中由于KB>KAKC>KD，所以各因素从主到次的顺序为B，A，C，D。图6-5（4）结果描述 单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，如图6-6所示。图6-6（5）优方案的确定 由效应曲线图可知，优方案可选取为A1B1C2D3。习题二 高速工具钢热处理工艺优化。通过实验确定W6Mo5Cr4V2高速工具钢的最佳热处理工艺。根据W6Mo5Cr4V2高速工具钢的等温淬火热处理工艺，该材料的淬火温

19、度和等温温度范围分别为1210-1250和280-320。要求了解等温温度、淬火温度和等温时间对冲击吸收能量、抗弯强度和硬度的影响。W6Mo5Cr4V2高速工具钢的热处理工艺水平、因素安排见表6-6，选择L9(34)正交表安排实验，力学性能结果见表6-7。试分析W6Mo5Cr4V2高速工具钢的最佳热处理工艺。表6-6 W6Mo5Cr4V2高速工具钢的热处理工艺水平、因素安排水平等温温度/淬火温度/等温时间/h128012101230012352332012503表6-7力学性能统计表实验号A B C 空列1 2 3 4冲击吸收能量/J挠度/mm抗弯强度/MPa硬度/HRC1L9(34)47.0

20、4.773-1238.54.5400324.83.5-741429.34.0-260546.04.3-31632.03.8-230.5733.04.527-1842.74.320925.73.5-5211.（1）用正交表安排实验 选取正交表L9（34），按表6-7各试验号中规定的水平组合进行9次试验。（2）采用“正交设计助手”软件运行该软件，选取正交表L9（34），输入试验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表。（3）极差分析在“正交设计助手”软件中，单击“直观分析”按钮，对正交实验结果进行直观分析和计算，如图6-7(a)，6-7(b)，6-7(c)，6-7(d)所示。 6-7(a) 冲击吸

21、收能量 6-7(b) 挠度 6-7(c) 抗弯强度 6-7(d) 硬度（4）结果描述 单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，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）优方案的确定由冲击吸收能量、挠度、抗弯强度和硬度这四者的效应曲线图可知，优方案可分别选取为A1B2C1，A1B1C1，A1B1C1，A2B3C2，但是考虑到次要因素，对实验结果影响不大，而降低温度有利于降低消耗、提高效率故选取的优方案还有很多，具体方案根据实际情况来定。习题三 用正交设计研究工艺对AlN/ZL1

22、01原位复合材料硬度的影响。实验工艺为纯铝熔化后，在700左右加入硅和镁，继续加热升温到950-1050时，用底吹法通过石英玻璃管向密封溶液中通入氮气，流量控制在10moL/min，时间控制在35-65min，然后降温到750趴渣，金属型浇注试样。试分析Mg含量和工艺对AlN/ZL101性能的影响。因素、水平表见6-8，正交实验安排和实验结果见表6-9.表6-8 因素、水平表水平因素Mg质量分数（%）温度/时间/min119503521.510005032.5105065表6-9 正交实验安排和实验结果列号1234实验结果因素Mg质量分数（%）温度/时间/min硬度HBW抗拉强度/MPa伸长率

23、（%）实验111111042902.9实验21222119.33284.4实验31333962821.9实验42122107.3292.52.8实验52233102.4289.82.7实验62311114.32942.4实验7313380.22442.9实验8321185.42532.5实验9332292.72642.61.（1）用正交表安排实验选取正交表L9（34），按表6-9各试验号中规定的水平组合进行9次试验。 （2）采用“正交设计助手”软件运行该软件，选取正交表L9（34），输入试验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表，如图所示。（3）极差分析在“正交设计助手”软件中，单击“直观分

24、析”按钮，对正交实验结果进行直观分析和计算，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）结果描述单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，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）优方案的确定由硬度、抗拉强度和伸长率的效应曲线图可知，优方案可选取为A2B2C2，A1B2C2，A1B2C2，但是考虑到次要因素，对实验结果影响不大，还有其他的更优化条件，这应视实际情况而定。习题四 用正交设计研究某无机材料成分对弹性模量的影响。某无机材

25、料的成分见表6-10，球材料组成对弹性模量的影响。根据实验要求按L9(34)进行实验，弹性模量的测试结果见表6-11。表6-10 某无机材料的成分（质量分数）水平SiO2Na2OK2OCaO1727.268.1612.682746.767.6611.683766.267.1610.68表6-11 按L9(34)进行实验的弹性模量测试结果实验号1234实验结果111117.2636212227.2582313337.2456421137.201522217.3130623327.2560731127.2558832237.1988933317.30861.（1）用正交表安排实验选取正交表L9（3

26、4），按表6-12各试验号中规定的水平组合进行9次试验。 （2）采用“正交设计助手”软件运行该软件，选取正交表L9（34），输入试验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表。（3）极差分析 在“正交设计助手”软件中，单击“直观分析”按钮，对正交实验结果进行直观分析和计算，如图6-11所示。在本实验中由于KC>KB>KD>KA，所以各因素从主到次的顺序为C，B，D，A。图6-11（4）结果描述 单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，如图6-12所示。图6-12（5）优方案的确定由效应曲线图可知，优化方案可以有多种，由于考虑到次要因素与主要因素区分不明显，所以优化方案要

27、视具体的实验条件而定。习题五 用正交设计研究聚四氟乙烯中加入的填料对静摩擦因数与动摩擦因数之差的影响。聚四氟乙烯由于具有摩擦因数小、耐磨性差和蠕变现象等缺点可以通过在聚四氟乙烯中加入填料使其成为复合材料而得到改善。 采用正交实验方法研究在聚四氟乙烯中添加铜粉、石墨、玻璃纤维和MoS2对摩擦性能的影响。由于摩擦实验采用45钢作为摩擦副，其表面粗糙度也对摩擦性能有重要的影响，因此要考虑45钢表面粗糙度的影响。铜粉、石墨、玻璃纤维和MoS2添加的体积分数分别为20%-35%、5%-20%和3%-6%，45钢表面粗糙度Ra值为0.4-3.2um。根据斯特里贝克摩擦力模型静摩擦因数和滑动摩擦因数的差值越

28、小，其性能越好，因此采用静摩擦因数与滑动摩擦因数之差作为实验评定指标。实验要考察五因素四水平，故采用L1645型正交表进行实验设计。正交实验方案见表6-12，根据L1645型正交表涉及的实验方案和得到的实验结果列入表6-13.表6-12 正交实验方案水平铜粉体积分数（%）石墨体积分数（%）玻璃纤维体积分数（%）MoS2体积分数（%）表面粗糙度Ra1205530.422571040.833091551.6435112063.2表6-13 根据L1645型正交表涉及的实验方案和得到的实验结果实验号铜粉石墨玻璃纤维MoS2表面粗糙度实验方案F静-滑实验111111A1B1C1D1E10.00798实

29、验212222A1B2C2D2E20.0226实验313333A1B3C3D3E30.0284实验414444A1B4C4D4E40.0459实验521234A2B1C2D3E40.0359实验622143A2B2C1D4E30.0202实验723412A2B2C4D1E20.00926实验824321A2B4C3D2E10.00601实验931342A3B1C3D4E20.00916实验1032431A3B2C4D3E10.0292实验1133124A3B3C1D2E40.0179实验1234213A3B4C2D1E30.00588实验1341423A4B1C4D2E30.00914实验14

30、42314A4B1C4D2E30.0327实验1543241A4B3C2D4E20.0117实验1644132A4B4C1D3E10.0319 1.（1）用正交表安排实验选取正交表L9（34），按表6-6各试验号中规定的水平组合进行9次试验。 （2）采用“正交设计助手”软件运行该软件，选取正交表L9（34），输入试验数据，单击“分析”下拉菜单得到实验计划表。（3）极差分析 在“正交设计助手”软件中，单击“直观分析”按钮，对正交实验结果进行直观分析和计算，如图6-13所示。在本实验中由于KE>KD>KA=KB>KC，所以各因素从主到次的顺序为E，D，A，B，C。图6-13（4）

31、结果描述单击“因素指标”按钮，即可得到各因素效应水平图，如图6-14所示。图6-14（5）优方案的确定由效应曲线图可知，优方案可选取为A1B2C4D3E4，但是考虑到C因素为次要因素，对实验结果影响不大，而降低温度有利于降低消耗、提高效率故选取的优方案改为A1B2C2D3E4。三、实验小结、建议及体会 本次的试验操作简便，使用方便，应用范围非常广，分析也简单易懂。我相信这个软件对我以后的学习工作将会有很大帮助。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 理想溶液二元相图计算实验成绩实验者专业班级材科1206班组别同组者无实验日期2015年5月23日第一部分：实验分析与设计一

32、、实验内容描述1、了解相图在材料科学和工程中的意义及理想溶液二元匀晶相图的计算方法。2、学会使用C语言或其它语言编程计算理想溶液的二元匀晶相图。3、了解当前国内外相图计算软件现状，用相图计算软件进相图计算。二、实验基本原理与设计1理想溶液相图计算理论 理想液态混合物中任意一组分B的化学势为：=+RTln，对于1mol理想液态混合物来说，结合化学势的定义，上式可以写成：=+RTln（1）设指定的温度、压力下，B物质有、两相存在，达到平衡时，则有：=（2）在我们研究的系统中，有A、B两组分存在，对于组分A，将式（1）代入（2）式得：多项整理得： （3）同理可得： （4）利用（3）和（4）式即可计算

33、理想溶液平衡两相的组成。2相图计算软件简介 目前集成热化学数据库和相图计算软件的系统主要包括瑞典皇家工学院材料科学与工程系为主开发的 Thermo-Calc 系统和加拿大蒙特利尔多学科性工业大学计算热力学中心为主开发的 FACT（Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics）系统。这些软件的共同特点是集成了具有自洽性的热化学数据库和先进的计算软件。 Pandat合金相图软件与热力学计算软件是美国CompuThermLLC公司开发的用于计算多元合金相图和热力学性能的软件包。可用于计算多种合金的标准平衡相图和热力学性能，用户也可使用自己的

34、热力学数据进行相图与热力学计算。三、主要仪器设备及耗材 计算机一台，pandat8.1,Matlab7.0。 第二部分：实验调试与结果分析1、 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作为NiO的标准态，纯固态MgO作为MgO的标准态，则和近似计算式为 (1) (2) 将（1）和（2）式用于NiO-MgO系，设液相（l）为，固相（s）为，则有： (3) 同理可得： (4) 又因为，则（1）式可写成： (5) 联立（3）和式（4）得： （6） （7）由（6）和式（7）即可计算得到NiO-MgO的完全固溶体相图。2、用Matlab绘制相图1）打开Matlab软件，点击

35、菜单中File/New/M-File，建立一个Editor。2）用英文输入法输入下列源程序代码，回车得到窗口“Figure 1”，NiO-MgO二元相图，如图9-1、9-2。图 9-1图9-23、用Matlab+Origin绘制相图1）打开Matlab软件，点击菜单中File/New/M-File，建立一个Editor。2）用英文输入法输入源程序代码。如图9-3所示。图 9-33、将源程序代码复制粘贴到“Command Window”，回车，得到“Workspace”。计算不同温度的xmgol（液相MgO)含量与xmgos（固相MgO)含量。如图9-4、9-5所示。图9-4图9-54、将“Wo

36、rkspace”里“T”、“xmgol”、“xmgos”数据导入Origin。如图9-6所示。图9-65、选中四行数据，点击下图“/”。得到NiO-MgO二元相图，并双击线条进行设置，得到下图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习题一 计算绘制Bi-Sb二元相图。已知Bi-Sb二元相图均为匀晶相图，设该系统为理想溶液。计算并绘出相图，将计算绘制的相图与资料中实测的Bi-Sb二元相图进行比较。和分别为Bi和Sb的标准摩尔自由能。1）打开Matlab软件，点击菜单中File/New/M-File，如图9-1-1，建立一个Editor。2）用英

37、文输入法输入源程序代码。图9-1-13）将源程序代码复制粘贴到“Command Window”，回车，得到“Workspace”。计算不同温度的xsbl（液相Sb)含量与xsbs（固相Sb)含量。4）将“Workspace”里“T”、“xsbl”、“xsbs”数据导入Origin。如图9-1-2所示。图9-1-25）选中四行数据，点击“/”。得到NiO-MgO二元相图，并双击线条进行设置，得到下图9-1-3、9-1-4、9-1-5。图9-1-3图9-1-4图9-1-5图9-1-5习题二 理想溶液Mo-Ru二元共晶相图的计算与绘制。 已知 其中和分别为各相的标准摩尔自由能。设L、均为理想溶液，两

38、相平衡时同一组员在两相中的化学位相等。给定一系列温度，分别计算L-、L-、-三种两相平衡的成分，作图找出共晶温度。可用解析法计算，也可编程静思园。 要求：计算并绘出相图，将计算绘制的相图与实践Mo-Ru二元共晶相图进行比较。1）打开Matlab软件，点击菜单中File/New/M-File，建立一个Editor。用英文输入法输入源程序代码。如图9-2-1所示。图9-2-12） 将上述数据用Matlab进行计算，得到不同温度条件的x(Ru，l)与x（Ru，s），但是前面的数据的计算是按照大温度范围（1600-2800）来计算的，在得到初始的图时需要剔除某些数据（可根据做出原始的图的交点来进行判断

39、），剔除后的数据在origin中如图9-2-2所示。 图9-2-2(a) 图9-2-2(b) 3) 用origin做出处理后的数据如图9-2-3所示。图9-2-3习题三 计算Al-Mg-Si三元相图。采用Pandat8.0软件计算Al-Mg-Si三元体系在500和600时的等温截面相图。1）打开Pandat软件后依次点击菜单栏中Database/Load Demo Databse。弹出“Select Components”对话框。如图9-3-2为实现读取数据库，选择本实验要使用的三种元素Al-Mg-Si，点击“OK”。图9-3-12）依次点击菜单栏中的Calculation/Section（2

40、D），弹出新窗口“Calculate Section 2D”。3）由于题目中要求是500摄氏度，而这里是K，所以点图中“Options”选项，将“Temperature”选项中的点“Celsius”。如图9-3-2所示。图9-3-24）在上图窗口的上级窗口中将温度设置为“500”, 点击“Ok”即可得Al-Mg-Si三元系在500时的等温相图。如图9-3-3所示。图9-3-35）重复上述步骤，只是将温度全部改为600即可。即可得Al-Mg-Si三元系在600时的等温相图。如图9-3-4所示。 图9-3-4习题四 计算Al-5Cu-10Mg-3Si相组成。采用PANDAT8.0软件计算Al-5C

41、u-10Mg-3Si（摩尔分数）铝合金在500和600时的相组成。1）打开Pandat软件后依次点击菜单栏中Database/Load Demo Databse。弹出“Select Components”对话框。如图9-4-1所示。实现读取数据库，选择本实验要使用的三种元素Cu-Al-Mg-Si，点击“OK”。图9-4-12）依次点击菜单栏中的Calculation/Point（0D），弹出新窗口“Calculate Point(0D)”。3） 在空格处输入温度500，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9-4-24）

42、 点击“OK”后生成成分为Al-5Cu-10Mg-3Si的Al合金在500的相组成，各相的成分和各相的Gibbs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)重新设置温度为600生成成分为Al-5Cu-10Mg-3Si的Al合金在600的相组成，各相的成分和各相的Gibbs自由能。如图图9-4-4所示。图9-4-42、 实验结果及分析1.实验结果描述和实验现象分析例题 如下图9-5-1、9-5-2所示，两曲线很好吻合。图9-5-1图9-5-2习题一 就试验结果（图9-5-3）与书本上资料所比对，可知计算结果与实际相吻合，该体系

43、符合理想溶液类型。图9-5-3 习题二 所得相图与资料中的相图有一定的误差，说明Mo-Ru体系偏离理想溶液模型。习题三 500、600的相图分别如下图9-5-4、9-5-5所示。图9-5-4 500图9-5-5 600习题四 下列为分析成分为Al-5Cu-10Mg-3Si 的Al合金在500和600的相组成，各相的成分和各相的Gibbs自由能。 由下表一和二得出的数据可知： 在500时，有4个稳定的相存在，他们是MG2SI、Fcc-A1、S、ALCU_THETA. 在600时，只有一个稳定的液相，说明整个合金全部液化。表一 Al-5Cu-10Mg-3Si铝合金500的相组成计算结果X(Al)(

44、%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%）3G/(J/mol)-33615.6稳定相SiFcc-AlS相-CuA体积分数0.08792960.7769070.1026190.0325443G/(J/mol)-45777.1-30204.2-45873.3-43554.4H/(J/mol)-8952.4313123.1-3680.33-2081.01S/J/(K·mol)47.629456.0454.572853.6292 J/(K·mol)28.515930.296529.451329.4611X(Al)(%)-0.961030.50.677839X(C

45、u)(%）-0.01784090.250.322161X(Mg)(%)0.6666670.02024110.25-X(Si)(%)0.3333330.000888293-表二 Al-5Cu-10Mg-3Si铝合金600的相组成计算结果X(Al)(%)82X(CU)(%)5X(Mg)(%)10X(Si)(%）3G/(J/mol)-40257.2稳定相液相体积分数1G/(J/mol)-40257.2H/(J/mol)24505.6S/J/(K·mol)74.1714J/(K·mol)30.5144X(Al)(%)82X(Cu)(%）5X(Mg)(%)1X(Si)(%)3三、实验

46、小结 相图是非常重要的一部分，对于金属材料，相图也是分析它们的必用材料，初次使用PANDAT8.0还是比较顺利的，它的功能非常强大，对合金的成分分析，相图计算，等温截面计算等都能准确的模型。相信对以后的学习生活会有很大帮助。实验项目名称连续冷却转变图实验成绩实验者专业班级材科1206班组别同组者实验日期2015.5.23第一部分：实验分析与设计1、 实验内容描述1、了解钢的连续冷却转变图的概念及其应用。2、了解钢的连续冷却转变图的测量方法，利用热模拟机建立钢的连续冷却转变图。二、实验基本原理与设计1、基本原理 奥氏体：碳溶解在铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构，无磁性。奥氏体是一般钢在高

47、温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。 珠光体：奥氏体(奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。贝氏体：低合金钢在中温等温下可获得一种高温转变及低温转变相异的组织。2、实验方案设计 根据实验要求，要绘出七个不同冷却速度下的冷速曲线和材料CCT曲线，并进行分析，故本实验采用origin软件绘图。3、实验手段的确定及步骤 绘制冷却速率曲线时，取起始温度为910，根据不同的冷却速率绘出冷却曲线；再把珠光体和贝氏体转变开始、转变结束时测得的相关数据绘制到冷却图线中，根据最终的图形进行相应的数据图形分析。三、主要仪器设备及耗材计算机一台，origin软件第二部

48、分：实验调试与结果分析（可加页）一、调试过程 研究项目中测得无碳化物贝/马（CFB/M）复相高强钢新材料的数据如下： 奥氏体化温度910； 临界点温度：Ac3=807；Ac1=769；Ms=295；Mf=160珠光体转变开始数据如表11-1。表11-1温度/670660600592579530510480时间/s6747349588045519854211606086珠光体转变结束数据如表11-2。表11-2温度/620581540时间/s8348645010261 贝氏体转变开始温度如表11-3。温度/290333355386410437时间/s9516033674814736704贝氏体转

49、变结束温度如表11-4。表11-4温度/160194212240265时间/s21544794319318904根据给出的四组实验数据、要求绘出冷速（如表11-5所示）曲线和材料CCT曲线，并给出分析。表11-51234567冷速（/s）73.51.560.70.350.070.0351、鼠标左键双击，打开origin软件，选取菜单命令filenew,打开如下界面，如图11-1所示。 图11-1 选中Project,单击OK，新建一个项目文件。2、在新建的项目文件中，单击，显示如图11-2: 图11-2双击x轴，在出现的X Axis-Layer 1中按图11-3进行设置：选择DisplayScientific:1E3。图11-3 对Tick Labels设置完成后，单击Scale，按图11-4对相关参数进行设置后单击“确定”，完成对X轴的设置。图11-4 对Y轴进行设置时，只需改变scale中的相关参数，如图11-5所示。图-53、在Function