材料设计基础

实验报告书

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实验一 绘制冷速曲线和材料CCT曲线图

一、 实验题目及要求

根据已知实验数据绘制无碳化物贝/马（CFB/M）复相高强钢的冷速曲线和CCT曲线图并给出分析。

二、 实验数据

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 温度/℃ 670 时间/s

珠光体转变结束数据 温度/℃ 620 时间/s

贝氏体转变开始数据 温度/℃ 290 时间/s

贝氏体转变结束数据 温度/℃ 160 时间/s

不同的冷却速度数据 1 2 3 4 5 6 7 215 194 447 212 943 240 1931 265 04 95 333 160 355 336 386 748 410 1473 437 6704 8348 581 50 0 10261 6747 660 3495 600 880 592 455 579 198 530 2 510 1160 480 6086 冷速（℃/s） 7 3.5 1.56 0.7 0.35 0.07 0.035

三、 实验目的

1. 通过对实验数据的处理，灵活掌握origin软件的使用方法； 2. 在作图的过程中，通过摸索，提高数据处理软件的学习能力。

四、 实验分析与设计

用origin作图在前面的实验中已经使用过，只是在作图的时候只是简单的做出一张图，而此实验中数据很多，需要做很多张图。具体实验步骤如下：

1. 打开origin软件，在不同的worksheet分别把实验数据导入，得到worksheet1，worksheet2，worksheet3，worksheet4；

2. 根据worksheet1中数据做出第一个曲线图，在图上右击，点击快捷键中layer contents，分别将不同的available data中的数据导入到layer contents图片中，从而得到其它图；

3. 对于冷却速度曲线，由于已经知道曲线的方程，可以用方程作图，graph——add function graph——在function中分别输入冷却速率函数，如：函数y=910-7x，在输入框中输入910-7x；

4. 对于临界点温度：Ac3=807℃；Ac1=769℃；Ms=295℃；Mf=160℃，也可以用函数作图，方法如第三步，只是输入的是个常数；

5. 对图形的调整。双击坐标，可以对坐标进行设定，scale，x-Axis, from 0 to 1000，increment为200，y-Axis, from 0.1-100000，用指数的形式显示，在Tick Lables中的display中选中scientific：1E3，横纵坐标的名称在Title Format中设置。另外，还有图像线条的粗细，可以双击后，在line中设置；

6. 对于除了x-Axis，y-Axis两个轴外另外两条直线框，可以先划出坐标轴，

然后通过修改scale，得到没有标度的直线，或用直线连接；

7. 对图形调整好后，edit——copy page得到所作图像。

五、结果分析与结论

所作图形如下：

1000Ac3Ac1AA->P800temperature,℃600400Ms=295℃A->B200Mf=160℃0-110100101102103104105Time,sec无碳化物贝/马（CFB/M）复相高强钢的冷速曲线和CCT曲线

六、心得体会

作图过程中要对每个操作进行尝试，很多软件的使用功能都是相通的。在origin中同样可以复制黏贴，可以用ctrl+Z进行撤销。些许菜单下的选项也同office中的差不多，使用户更容易掌握。

有图还可以看出，冷却速度大于7℃/s时，冷到室温时就可以得到马氏体组织。冷速大于1.56℃/s时，就可以得到贝氏体组织，而不得到珠光体组织。

作图中还遇到以下问题：

1. 修改坐标轴的名称时文字不兼容，还有输入温度单位时，显示与文字方向不同；

2. 不知道怎么正确划出光滑的CCT 曲线。用曲线拟合或线型使用spline时，得到的图也不理想。

实验二 求某合金材料相变动力学方程

一、 实验题目及要求

1. 根据实验数据分析相变过程是否符合形核长大特点；

2. 利用已知数据绘图求出Avrami相变动力学方程，并求出其中的b和n； 3. 对结果进行分析。

二、 实验数据

表1-1 500℃下固溶合金时效析出相体积分数和导电率

时间/s 导电率/%IACS 体积分数% 0 120 360 600 900 1800 3600 30.7 7200 14400 28800 32.81 33.55 35.52 100 15.73 17.81 20.37 22.26 23.37 27.85 0 10.51 23.45 33.0 38.4 61.24 75. 86.31 90.05

三、 实验目的

1. 熟练使用origin软件；

2. 对相变动力学有更清楚的认识，从所绘图中求得Avrami相变动力学方程。

四、 实验分析与设计

1. 实验原理 合金的导电率方程为

0Af （1）

其中

Amax0 （2）

f为新相的变化率。

当合金时效时，新相的变化率f可以定义为：

V析出相f析出相V平衡 （3）

析出相V平衡：单位体积在某一时效温度下相变过程完成时新相的平衡体积

V析出相：单位体积在某一时效温度下相变过程中某一时刻新相的体积。

当时效得到平衡，

析出相V析出相＝V平衡析出相=0，，变化率f1，而未开始时效时，V即f0。导电率与时效时间的关系遵循Avrami方程：

f1-exp(btn)

(4)

由此公式，考虑到可以使用origin来对数据进行处理，对公式（4）两边取对数

11ln()lnbnlntln()lnt得1f，将表1-1数据代入，作1f图，从而求出n

和lnb和500℃时效相变动力学方程。 2. 实验步骤 a.打开origin软件；

b.将计算后的数据粘贴到data中；

c.点击analysis——fitting——fitting linear进行线性拟合。从而得到拟合后直线的斜率（n）和截距（lnb）。

五、结果分析与结论

1. 实验结果

斜率（n）：0.50152

截距（lnb）：-2.696，b= 0.070866 从而得到方程

f1exp(0.070866t0.50152)。

将数据代入（1）式，从而求得Avrami导电率方程

15.7319.79（1-exp（0.070866t0.50152））。

2. 实验结果分析

从数据可以看出，随着失效时间的增加，新相不断形成，导电率不断增加。另外，合金时效使合金强度硬度增加，是强化合金的手段，但过时效强度硬度反而会下降。其实质是沉淀强化相从过饱和固溶体中析出和长大，从而可以推断其符合形核长大特点。

六、心得体会

1. 在实验前，要明确实验原理，对实验中公式要认真分析； 2. 实验中每个数据代表的意义要明确。 3. 更加熟练的应用word中公式编辑器