計算機在材料科學中的應用.

二、控制方法和控制規律

1.直接數字控制系統

2.計算機監督控制系統

3.控制系統與執行器件

4.過程控制的數學模型

5.抗干擾系統和方法三、總線結構

1.總線的概念

2.ISA和PCI總線及應用

3.RS－232總線及應用四、串行通信

1.串行通信的信號定義與編碼

2.工作模式

3.通信端口的初始化

4.接線方法第二章鑄造熱分析方法及應用

《測試技術應用》一、熱分析方法的基本原理1、基本概念熱分析是一種材料研究的工具。當物質的物理狀態和化學狀態發生變化時，往往伴隨著熱力學性質的變化，因此可以通過測定其熱力學性質的變化，來了解物質物理或化學變化過程。2、熱分析方法的種類：1）差熱分析（DifferentialThermalAnalysis簡稱DTA）2）示差掃描分析（DifferentialScanningCalorimetry簡稱DSC）3）熱重分析（ThermograVimetricAnalysis簡稱TGA）4）熱機械分析（ThermomechanicAnalysis簡稱TMA）5）鑄造熱分析方法，又稱冷卻曲線分析（CoolingCurveAnalysis簡稱CCA）在此僅介紹冷卻曲線分析，由于引入計算機技術，又稱CA－CCA（computer-aidedcoolingcurveanalysis）。3、基本原理冷卻曲線分析根據金屬或合金凝固過程中樣品的溫度變化，研究金屬或合金的結晶方式。早期用于制作相圖，60年代以后在鑄造生產中作為爐前檢驗和控制合金質量的手段。以灰鑄鐵為例：圖1.灰鑄鐵相圖和凝固曲線成分1：T>1357℃時，液相冷卻，無相變和潛熱放出。T=1357℃時，析出奧氏體相，放出潛熱，冷卻曲線出現拐點和平臺，平臺的寬度與析出奧氏體量有關。1153℃<T<1375℃時，不斷析出奧氏體并有潛熱放出影響冷卻曲線的斜率。T≤1153℃時，析出共晶組織（石墨＋奧氏體），由于共晶反應是等溫反應，當共晶組織大量析出放出足夠的潛熱，使冷卻曲線發生回升。成分2：T>1260℃時，液相冷卻，無相變和潛熱放出。T=1260℃時，析出奧氏體相，放出潛熱，冷卻曲線出現拐點和平臺。這時，平臺的寬度明顯小于成分1。1153℃<T<1260℃時，不斷析出奧氏體并有潛熱放出影響冷卻曲線的斜率。T≤1153℃時，析出共晶組織（石墨＋奧氏體），由于成分2組織的相對量較成分1大，因此共晶平臺和溫度回升也明顯增大。

成分3：（共晶成分）T>1153℃時，液相冷卻，無相變和潛熱放出。T≤1153℃時，由于共晶組織為100％，溫度回升較大，甚至超過平衡共晶溫度。

以上是根據鐵碳平衡相圖分析灰鑄鐵的冷卻曲線，反之也可以根據冷卻曲線分析奧氏體析出溫度、共晶組織析出溫度及其相對量、含碳量。但冷卻曲線還受Si,Mn,P,S等元素和冷卻條件的影響，情況更加復雜。二、自適應熱分析系統的介紹AdaptiveThermalAnalysisSystemMetallurgicalProcessControlforGrayandDuctileIronDerivativeandCalorimetric

ThermalAnalysiscombinedwith

AppliedArtificialIntelligenceDevelopedbyNovaCastABincooperationwithSwedishFoundryAssociationProcessControl?

Areyoua“blind”foundryman?Day1:C=3,4%Si=2,1%,1380CScraprate=2,0%.AllmeasureddataOK!Day2:C=3,4%Si=2,1%,1380CScraprate=12,0%AllmeasureddataOK!

Theproblemisthatessentialdataarenotmeasuredandknowledgeislacking.Thefoundrymancannotseewhatheshouldsee!

FactorsinfluencingMetallurgicalQualityChemicalcompositionChargematerialsandcomposition(Combined&FreeC)Chargingsequenceandtemperature/timeratiosIronhandlingandtreatmentpracticePouringtemperatureandinoculationpracticePresenceandamountofreactionproductsThermalpropertiesofalloy,mouldandcore(s)Mould/Corehardness/WeightingMethoding(gating,feeding,feedingpaths,etc.)Shake-outtimeItisunderstandablethatthepropertiesvarybetweenmelts.WhychemistryisnotenoughSpectrometeronlyshowsamountperelement!Noinfoaboutcompounds!Noinfoaboutnucleationproperties!Noinfoaboutgraphiteprecipitation!TrampelementsoftennotanalysedArespectrometerreadingsreliable?C,SiThepurposeofATASistoopenanewwindowintothemetallurgicalprocess.Meltswithidenticalchemistrycanbehavecompletelydifferentwhenpoured!Itisthecombinationofadvancedthermalanalysisandchemistrythatmakesefficientprocesscontrolpossible.MetallurgyRelatedProblems

Macro-andmicroshrinkages,porosityChillandintercellularcarbidesGraphiteshapeandmatrixExpansionpenetrationCertainslagandgas-relateddefectsFluidity,castabilityStrength,hardness,machinabilityNodularity,NoduleCountAbout40%ofallscraphasmetallurgicalcauses!IdealMetallurgicalProcessControlMeasureessentialmetallurgicalparametersInterpretactualdataPredictfinalresultsLearnfromexperienceAdjustaccordingtosuggestedcorrectionsAdvisorysystemincreasesknowledgeIncreasedawareness/Tutorial

ATASisdesignedtofulfilltheserequirementsTheMetallurgical“fingerprint”

Eachmeltisan“individual”.Thecoolingcurvecanberegardedasitsthermodynamicfingerprint.EconomicalConsequencesAssume:Yearlyproductionof10.000tonsScrapreduction:$10to20/percent/tonnageReduction,1%,saving: $150.000Yieldimprovement:$2-4/percent/tonnageImproving,65%to67%,saving: $60.000ReducedconsumptionofinoculantandMg-alloy5%reduction,savingofatleast: $50.000Totalnetsavingsapprox: $25perton.Plusreducedcostforsampling,plushighercustomersatisfactionetcYearlysavings: $250.000$三、鑄造熱分析系統的組成圖2.熱分析系統結構圖1.樣杯（測溫元件）分類（1）按形狀方形，圓形。（2）按熱電偶安置方式橫穿，底伸。（3）按熱電偶種類

鎳鉻－鎳硅：測溫范圍：－40～1300℃，價格便宜，熱電勢高。

鉑銠－鉑：測溫范圍：0～1600℃，復現性好。溫度補償（1）人工補償測得熱電勢＋參考端熱電勢＝實際溫度熱電勢例：鎳鉻－鎳硅熱電偶，測得熱電勢E測＝32.072mv參考端溫度為30℃，查得參考端熱電勢E參＝1.203mv,實際溫度熱電勢E參＝33.275mv，查表得實際溫度T＝800℃。（2）自動補償不平衡電橋電路，利用電阻阻值隨溫度變化的律。（3）軟件補償2.放大電路及A/D轉換電路（1）放大電路熱電偶的輸出電壓很小，一般數十微伏/度。a)市售（整數倍）b)自行設計（零漂，線性校準）（2）A/D轉換電路a)板卡式直接插入ISA或PCI插槽。特點：轉換速度快，微秒級占資源大，傳送距離近。b）模塊式通過串口與計算機連接c）組合式3.微型計算機、外部設備、應用軟件1）普通臺式機、筆記本式或工控機。2）顯示屏。3）應用軟件是核心。四、鑄造熱分析的應用圖1加碲和不加碲樣杯亞共晶鑄鐵冷卻曲線1、碳當量的測定

1961年Humphreys第一個發表了有實用意義的液相線溫度與CEL的線性關系式：TL＝1669－124×CEL變換成：CEL＝13.46－0.00806×TL其中：CEL＝C％＋Si％/4＋P％/2CE＝C％＋Si％/3＋P％/31964年Moore采用加碲樣杯得到幾乎相同的關系式：CEL＝13.42－0.00806×TL目前賀利氏公司使用的關系式：CEL＝14.45－0.0089×TL2007年4月，本人在維眾公司試驗得到的關系式：CEL＝13.14－0.0078×TL可以認為：CEL＝A－B×TL其中常數A、B隨生產條件的變化而改變。2、鑄鐵成分的測定（C％，Si％）C％＝A＋B×TL＋C×TeuSi%＝A＋B×TL＋C×Teu目前賀利氏公司使用的關系式：C％＝0.0178×Teu－0.0084×TL－6.51Si%＝78.411－0.06831×Teu回歸模型相關系數標準偏差CEL＝13.14-0.0078×TL-0.93250.0261CE＝13.55-0.0080×TL-0.92870.0276C%＝17.70-0.00643×TL-0.00593×Teu0.94050.0231Si%＝24.64-0.02036×Teu-0.68740.0306Si%＝23.13-0.000403×TL-0.01858×Teu0.68980.0315表1加碲樣杯的回歸方程、相關系數及偏差回歸模型相關系數標準偏差CEL＝12.60-0.0074×TL-0.94170.0243CE＝12.99-0.0076×TL-0.93750.0259C%＝17.3