课程辅助教学软件/《学生自学平台》收集的软件介绍
引言：本课程介绍了较多的晶体材料本身及结构转变过程的热力学、动力学、晶体学及组织方面的基本知识。
学生主要的注意力用在理解这些知识上，很少有时间考虑计算机的飞速发展对材料科学教学及研究带来的巨大帮助和便利。
也很少意识到，了解相关的软件不仅可加深对课上内容的理解，还可大大促进将来本科结业中角色的进入，给科研带来大的便利，还锻炼了独立解决问题的能力，以及英语水平。
在《学生自学平台》应用2年多的时间内，因种种原因，我们感觉这些软件并未得到充分的应用。
我们也在思考，在今后的课程学习考核中，以应用这些软件解决一些问题作为成绩的一部分。
其目的还是培养能运用现代科技手段解决实际问题的人才，而不是仅仅记住一些书本知识。
以下简单介绍我们所收集到的相关软件的用途及使用方法。
一、Materials Science on CD-ROM 说明：这是除教学授课用自编多媒体以外最常用的、也是最适合本课程的辅助教学软件。
其特点是，全部为英文。
因本课程在我校定为双语课程，虽然目前开设了英语教学班，但并未能达到与中文授课内容同样多的程度。
因课程内容较难，大范围直接用英文讲学生难以接受，达不到预想效果。
特点二，该软件是教学用商业软件，动画形象效果很好。
缺点是内容较浅，且与所用教材匹配有一定出入，如再结晶、界面两章内容基本未涉
及到。
所以它不可能代替我
们自己编写的多媒体，只能
是辅助材料。
目前该软件得到较大的扩充，可上网访问。
图2是位错塞积现象的模拟块。
可自行设置晶粒尺寸，应力值，观察位错与障碍物交互作用造成的应力集中。
图3是位错间交互作用及位错运动的模拟块，可观察不同位错的运动结果及形成的位错墙。
图1 MA TTER 软件界面
图
2
图3
图4是模拟割阶对位错运动产生的拖曳作用的实验界面。
图5是脱溶过程模拟的界面。
可考察不同冷速对脱溶过程及最终组织的影响。
图
4
图5
二、CaRIne Crystallography晶体学软件使用方法简介
说明：这是一个既适合于教学也适合于科研的晶体学计算软件。
可调用已有的晶体结构库，了解不同结构晶体三维原子排列规律，对应的极射赤面投影图，倒易点阵结构。
计算不同晶面晶向间的夹角，面间距。
也可晶体点阵参数、原子占位构造新相的晶体学库，算出其X射线衍射谱。
使用方法是：
1、激活该软件；
2、打开一现有晶体学库File/Open cell (or Open crystal)，如Al2Ni3;
3、出现一具体的晶体结构后，在Rotation窗口中输入绕各轴转动的角度，点击正负方向的红箭头，
晶体便相应地转动，由此可了解晶体的空间结构。
4、若要看相应的极射赤面投影图，可点击极射赤面投影图小图标Creation stereo projection或对应菜
单，出现基圆图；
5、在基圆图中点击鼠标右键，弹出菜单，选投影参数Parameters stereographic projection；输入要显
示的晶面/晶向/迹线，尽量用低指数；点击OK，这时出现对应于晶体结构图方位的极射齿面投影图；点击窗口中的各种红箭头，两类图便相应转动，由此可了解各种极射赤面投影图。
6、若要看对应的倒易点阵图，可点击倒易点阵小图标Creation reciprocal lattice（象衍射斑网络图）
或对应菜单，这时出现倒易点阵图窗口。
各图之间仍有对应性。
7、点击区轴(Zone axis)图标，输入某一晶体学方向，如1,0,0，可得到对应该区轴的倒易点阵面，它
也是对应的衍射谱。
这种二维点阵图较简单。
此时晶体结构图，极射赤面投影图也相应转到与该晶向垂直的位置。
8、如果要了解该结构的晶体的X射线粉末衍射峰的分布，可点击对应的小图标Creation XRD（象
棒棒图）或对应菜单，在弹出的窗口中选择使用的X射线靶后，便出现对应的X射线粉末衍射峰分布。
该功能在相鉴定中会用到。
其它功能可自己去摸索。
图1表示可对任一个给出的单胞进行任意方向、任意角度的转动，以便看清立体结构。
同时给出与立体结构方位对应的极射赤面透影图和倒易点阵。
还可算出X射线衍射强度与2Q角的关系。
图1
图2
图2显示出可计算任两个方向、一个面与一个方向间的夹角以及两个面组成的晶带轴的界面。
图
3表示在计算不同2
θ角的X射线衍射强度
时，同时给出不同面的面间距。
图4显示根据（不同）原子的位置建造单胞晶
体学库，从而可开展进一步的晶体学研究。
图5表示可给出某一织构（第八章形变中介
绍）中单胞方位相对于外界坐标系（轧向-法
向-侧向）的关系，以便与区分晶体学方向和
晶粒取向概念。
图3
图4
图5
三、Pandat热力学软件的使用方法
说明：该软件可用于一些组元的相图及热力学平衡参数的计算。
对三元相图，可计算水平等温截面与垂直截面。
学生使用该程序可加深对相图一章原理的理解。
同学们可通过使用Pandet Movie演示软件了解具体的使用方法，这里不需要进一步解释。
图1
图1给出该软件主
界面。
通过从热力学
数据库中调出相应
元素的热力学数据，
就可进行热力学点
分析、线分析、面分
析。
图2示出面分析，即
二元相图的计算。
计
算出的是铝镁二元
相图。
图2
图3为热力学点平衡计算结果。
给出一定温度、压力及
原始成分下，平衡时两相的成分、相对量及相应的热力
学参数G，H，S等。
图4是按平衡凝固条件和非平衡条件下的SCHEIL方程
计算出的固相相对量随温度的变化。
图5为计算出的600°C下不同成分的镁铝合
金的自由能。
水平线应是两相区。
图6是计
算出的镁铝铜三元合金液相面投影图。
图
5
图6
图
3
图4 上图非平衡，下图平衡
四、ResMat-Textools/TexViewer 织构分析软件的使用方法简介 说明：两个软件是同一家公司设计的，ResMat 主要用于从实测X 射线极图数据计算各种与织构有关的图或参量；TexViewer 用于展示计算的结果。
两个软件都带一个TOOL 工具包，可进行一系列的计算。
以下是使用步骤。
1、 激活该软件；因这只是演示软件，多数功能因没有原始测量数据而不能使用。
这里只能使用Tools
菜单的计算功能。
2、 点击Tools 菜单，选Calculation orientation ’s position in PF （计算某一取向在极图中的位置），弹
出对应窗口后，要确定晶系，如Cubic ；在以三个欧拉角的形式输入取向（我们课上可能只学了取向的密勒指数表示法，一些表中给出了两者的对应关系；如立方取向{100}<001）的欧拉角是0，0，0；铜取向{112}<111>的欧拉角是90，35，45。
）；在确定以哪种极图表示取向，如选用111极图；最后点击Calculate 即可。
3、 点击Tools 菜单，选Miller Indices —Euler Anglers 可进行取向的两种表示法的互算（即密勒指数
与欧拉角），弹出对应窗口后，要确定晶系，如Cubic ；再在Miller Indices 或Euler Anglers 两个表之一中输入一个便可计算另一个。
4、 点击Tools 菜单，选Calculate symmetry orientations 可计算对称取向；这是同学们易混淆的概念。
如(112)[-1-11]与(11-2)[111]是等效取向，但在极图上处在不同位置。
图1是RESMA T 主界面。
可看出，该软件可计算极图，反极图，取向分布函数，磁各向异性，弹性模量，各种重合位置点阵晶界等。
图2是计算两晶粒取向差的界面。
高斯取向（0，45，0）与黄铜
取
向（35，45，0
）的取向关系是35°[011]。
图3是描述高斯取向的密勒指数和欧拉角相互间换算的界面。
图2
图1
图3
图4是TexViewer 软件显示出的由RetMat 计算出的某一钢中的取向分布函数、{110}极图、晶粒间取向差分布、反极图。
图4
图5给出已知取向分布函数时，计算出织构{90，60，45}的体积百分数18%。
图6给出极图的三维表达。
高度方向是织构的强度。
图5
图6
图7是取向分布函数的3维表示。
图8计算了体心立方的硅钢中α-取向线上强度分布。
这条取向线的特点是所有取向中平行于轧向的取向都是<110>。
图
9是计算任一
取向在某一极图中位置的界面。
图9
图7
图8
五、Auswert （德文‘分析’的意思）软件使用方法简介
说明：本课程的一个重要的基本信息是晶体取向及表达方式。
因涉及三维空间概念，较抽象，是学生常见的一个难点。
该软件帮助学生建立晶体取向的空间方位、数字表达和平面二维表达的相互联系。
使用方法是：
1、 激活该软件；因缺少许多测量数据，先只可进行单个取向及转动的分析；实测极图分析和算出
的取向分布函数的分析。
2、 在MT-Text 窗口中输入P ，0，Cub ，111，S ，回车；可得到一基圆图；
3、 同样在此窗口中输入R （=Rotations ），M ，再输入一组以密勒指数表示的取向，便可得到对应的
极图；右侧表中的红色字母表示可执行的功能，如绕各方向或某一晶轴的转动；输入O 可确定另一新取向的极图；输入W 可在另一窗口中显示单胞的立体位置以和极图中的投影比较；输入E 可退出。
4、 在MT-Text 窗口中输入P ，1，可观看一实测或计算出的极图；这时要从文件夹中选择对应的文
件，如mge8.cal ；然后按表中所列功能操作；如改变等高线，改变颜色，取向旋转等； 5、 在MT-Text 窗口中输入O （-ODF ），1，则可观看一实测或计算出的取向分布函数图；这时要从
文件夹中选择对应的文件，如mge8.odf(odv)；然后按表中所列功能操作；如改变等高线，改变颜色等；
6、 在MT-Text 窗口中输入M(Miller-Euler)可在另一窗口(Window 菜单中的Graphic1选项)中进行取
向的两种表示法的计算。
在打开的Graphic1窗口中依次输入晶系（立方或六方）和输入的指数类型，和具体指数便可得到另一指数。
算后输入N 关闭此窗口。
图1用{111}极图表示了立方取向和其孪晶取向的有共同的[111]轴的取向关系。
每一取向对应的立体图可从另一界面展示，见图2。
图3是用极图表示纯铝的轧制织构。
右图是该极图上的取向都绕轧向RD 转90°后的情况。
图
2
图1
图3
图4表示六方结构镁的形变织构，是{0002}极图。
图5是该样品中的织构用取向分布函数表示。
图6
用反极图表示孪晶关系的两个晶粒的取向。
处在{111}极上的取向（111）[1 10]发生孪生后的取向为(15 1)[4 1 1]，见红点处；两者为60°[-111]的取向关系(Σ3)。
图6
图4
图5
六、OIM-Data Collection 软件使用方法简介
说明：晶面、晶向、晶体取向、取向的择优是该课程第一章晶体学、第二章晶体结构、第八章形变、第九章再结晶和第十章固态相变要涉及的内容，是一非常基本、又难以理解的概念。
许多同学尚不知取向数据是如何得到的。
这里介绍一种先进的快速测取向的技术，背散射电子衍射分析技术。
该软件是安装在扫描电镜上的取向获取软件。
该软件帮助学生了解晶体取向是如何快速测量的。
这是上世纪八十年代末、九十年代初才发展起来的晶体材料表征的一项技术。
我校211工程购置了相关测试设备。
可与同一学期开设的另一门专业基础课《材料分析方法》结合起来。
软件使用步骤： 1、激活该软件；点击Scan 使处于图像观察状态； 2、点击Load SemImage 小窗口，打开一电镜图像文件
SemImage ；
3、点击Interactive 小窗口，用鼠标点一要分析取向的位置点；在右上侧窗口中点击Pattern 或Capture ，便可得到该晶粒对应的衍射菊池线，随后程序自动标出对应的晶面和晶带轴；点击Record 可将对应的取向以数据和极图的形式在下面两窗口中显示。
4、再在左上方窗口内的组织中用鼠标定一要分析的
点，重复上述过程可定出不同晶粒的取向。
由此完成取向的获取。
5、本软件还有许多其它功能，同学可自己摸索。
图2
图3是正在自动测量样品表面某一区域取向（称取向成像过程）的软件界面情况。
图1
图3 TSL OIM Analysis DEM软件使用方法简介
说明：该软件帮助学生建立“取向成像”的基本概念。
认识到不但有组织形貌像，也有取向的二维图像。
该软件与上面OIM-Data-collection软件相关，即上一软件是获取晶体取向信息，本软件是表达或数据处理该信息。
学生在了解取向数据的各种表达方式的基础上，也了解了其可以解决的实际问题。
软件使用步骤：
1、由上面软件获取的取向数据，可以各种方式显示取向信息。
先激活该软件。
点击Open打开Drex
数据文件（或其它数据文件）。
这时出现各种图以及各种数据。
2、若调出数据文件后，其它图形文件未自动产生，可用各快捷键创建各种图（极图、反极图，取向
分布函数，取向差分布，晶粒尺寸分布等。
图4是集成电路中铜互连导线内晶粒分布的取向成像图，即图上每一点都有取向数据，现以颜色表示不同取向。
用鼠标点到某一晶粒，其取向便在右侧的极图中显示出来。
图4
图5是上图的铜互连导线中晶粒间的取向差分布。
峰值处在45°位置。
同时在60°处也有一峰，它代表出现较多的孪晶，见图4。
图6是用反极图表示这些晶粒的取向分布。
主要是{111}织构和其孪晶取向，如AUSWERT软件简介中的说明。
图6
图5
七、ImageTool软件使用方法简介
说明：本课程对学生的一个最基本的要求是熟悉各种典型工艺下制备的组织，并能对组织进行最基本的定量表征。
相关的实验课正是为此目的而设置的。
以前的组织定量表征是人工定量，即用定量金相/体视学原理及网格法、截线法手工确定，工作量较大。
现逐步采用数字照像和软件定量可提高工作效率，体现数字化的特点，数据处理和曲线制作都有大的进展。
该软件除可确定晶粒尺寸、相百分比、形核率外，还可方便地确定弯曲晶界长度，晶粒形状比等人工定量难以完成的工作。
软件使用步骤：
1、激活该软件。
打开一图形文件（确定面积百分数时要求图形文件是灰度图）。
2、测量面积百分数时，点击Manual手调小窗口，弹出Threshold小窗口，调整箭头使灰区被红色正
好覆盖，点击OK，得到黑白二色图。
3、在Analysis菜单下点击Count Black/White Pixels，便在Results窗口内出现黑、白区的面积百分数。
4、若要测晶粒尺寸，要先进行校准Calibrate。
在Settings菜单中点击Calibrate spacial measurement；
划一条已知长度的直线，并输入长度值，便完成校准。
5、点击Distance小窗口，进行测量，每画一条线，长度值自动进入Results窗口，并给出平均值和
方差。
6、在Results窗口处在激活的状态下，可保存测量数据。
7、本软件还有许多其它功能，如测量晶粒个数（形核率），定弯曲晶界的长度等，同学可自己摸索。
图1给出对一张照片（铁素体超细晶粒）上的晶粒尺寸进行测量的界面。
图2是测量单位面积上的晶粒数目的界面。
图1
图2
图3是测量亚共晶铝锗合金不同相/组织面积百分数的界面。
定出原始图中黑色的铝占75.9%，白色的共晶锗占24.1%。
图3 图4是测量单位面积上晶粒间弯曲晶界长度的界面。
图4
八、LaboTex织构计算软件使用方法简介
说明：本质上，该软件与ResMat-TexTool的功能一样，都是由实测的织构原始数据计算及表征各种织构。
该软件是演示软件，只能对软件提供的数据进行演示和分析。
1、激活该软件；点击OPEN打开小图标，调出DEM数据文件。
2、点击CPF或NPF或RPF小窗口（表示校正的极图、归一化的极图或反算的极图）；这时弹出100，
111，211，113小图标，点击任一数字图标可显示对应的极图；
3、点击3D小图标，可观看极图的立体形貌（实际是强度以山峰的形状给出）；再点击各功能键可
使立体图向各方向移动或放大缩小。
4、若激活该软件后点击IPF小窗口（表示看反极图），这时弹出100，010，001小图标，点击任一
数字图标可显示对应的反极图；
5、点击ODF小窗口（表示取向分布函数），则弹出三个欧拉角小窗口，即以不同ϕ1,Φ,ϕ2值显示另
两个欧拉角的关系。
出现各截面的ODF后，可用各功能键改变等高线或颜色；
6、本软件还可通过使用计算菜单Calculation进行ODF和极图/反极图之间的互算。
也可在分析菜单
中查看立方系典型织构的欧拉角值。
图1是计算出的立方系金属中取向分布的{100}和{111}极图。
图1
图2是计算该金属中不同织构组分取向晶粒的体积百分数的界面。
只要用鼠标点击取向空间的某一点，就可计算该取向的体积百分比。
九、JMatPro-DEM 软件使用方法简介
说明：与前面介绍的热力学、晶体学计算软件不同，JMatPro 软件可计算很多材料性能，其中包括动力学转变数据，如CCT 转变曲线、马氏体转变量与温度的关系。
该软件只是演示软件，只能用所提供的数据进行材料各类性能的计算。
软件使用步骤：
1、 先激活该软件，见图1；从File 菜单中调入材料数
据Load Material File ；见图2。
2、 从弹出的窗口中先选择要计算的材料，如
AlAlloy/3104合金；再点击要算的性能，如热力学性能，再点击Load Data ；
3、 这时弹出新的窗口，从窗口下方的各小功能键上可计算各类热力学性能，如比容Cp 等。
4、 其它各功能可自己摸索。
图2
图3给出计算出的不同温度下液相、奥氏体、铁素体、渗碳体的体积分数变化。
图
1
图3 图4是不同固相体积分数对应的热焓变化。
热力学性质。
图4
图5是该钢连续冷却转变动力学曲线。
图6是等温转变动力学TTT曲线。
图5
图6 图7是计算出的马氏体转变量与温度的关系。
图7。
