马氏体—奥氏体界面的一个修正模型

摘要

马氏体相变是一种非常重要的固态相变,通过马氏体相变可以改变材料的性能,如钢的强化和形状记忆合金的开发。马氏体相变可以定义为以切变为主的不变平面应变,不变面即为惯习面(两相界面)。界面两侧为截然不同的母相和马氏体,不存在过渡层。然而,近几年的高分辨电镜观察发现确有过渡层存在,且尚未得到理论解释。基于此,本文尝试从金兹堡-朗道(Ginzburg-Landau)理论出发,以相变的切应变为序参量,建立了修正的界面模型,揭示相变时材料的物理参数对过渡层形成的影响。计算结果表明,修正模型成功地表征了界面过渡层的物理性质,也即在能量状态上,过渡层既不属于马氏体也不属于奥氏体,为序参量变化较为缓慢的一个平台。可以定义这样的平台为界面择优态,由此解释了不同材料的相界面研究中,以高分辨电子显微镜观察到的,处于中间状态的原子排列方式。表明本修正模型比原始的Falk模型更加符合实验所观察到的现象。本模型的计算发现,界面(过渡层)宽度和界面能主要决定于材料(母相)的弹性模量、界面择优态的能量密度以及马氏体相变驱动力。能稳定存在的界面过渡层首先要求界面择优态的能量密度较低,其次为弹性模量和相变驱动力的作用。当母相存在模量软化时,有效降低了马氏体相变的形核能垒,两相界面宽化(不明锐),由此导致花呢状组织的产生;相变驱动力主要影响到过渡层向马氏体转变的能垒,而与奥氏体向过渡层转变几乎无关。界面宽度与相变驱动力呈负相关。对热弹性马氏体相变,由于相变驱动力较小,其界面过渡层使两相保持较高的强制弹性共格;反之,对非热弹性马氏体相变,因相变驱动力较大,相界面几乎由单层原子构成,难以承受相变应变的突变,故界面较明锐且存在大量错配位错以释放部分应变能。以上的理论计算首次阐明了不同材料中过渡层宽度变化的内在原因,清晰解释了界面择优态在相变过程中的重要作用,对将来深入探索相界面的精细结构具有启发意义。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 概述

1.2 马氏体相变晶体学介绍

1.2.1 概述

1.2.2 马氏体相变晶体学的经典模型

1.2.3 经典晶体学原始表象（唯象）理论

1.2.4 近代的晶体学表象理论

1.3 朗道（Landau）理论介绍

1.3.1 朗道（Landau）理论

1.3.2 朗道理论的发展

1.4 本文研究内容

第二章 马氏体界面和修正理论模型

2.1 马氏体相变一维模型

2.1.1 Falk的一维模型

2.1.2 Falk模型的发展

2.1.3 相变模型的空间维度选择

2.2 界面修正模型的建立

2.2.1 引言

2.2.2 对Falk模型的分析

2.2.3 界面修正模型分析

2.3 系统自由能密度函数表述

2.3.1 界面修正模型的设定

2.3.2 自由能密度多项式中参数的关系

2.4 参量对于自由能密度多项式的影响

2.4.1 a_2 对于自由能密度多项式曲线的影响

2.4.2 h 对于自由能密度多项式曲线的影响

2.4.3 Δg 对于自由能密度多项式曲线的影响

2.5 微分方程

2.5.1 微分方程的求解方法

2.6 本章小结

第三章 微分方程的解和计算结果

3.1 引言

3.2 微分方程的求解

3.2.1 微分方程求解设定

3.2.2 a_2 对于界面结构的影响

3.2.3 h 对于界面结构的影响

3.2.4 Δg 对于界面结构的影响

3.3 界面性质计算

3.3.1 引言

3.3.2 界面宽度

3.3.3 界面能量

3.3.4 a_2 对于界面性质的影响

3.3.5 h 对界面性质的影响

3.3.6 Δg 对界面性质的影响

3.4 本章小结

第四章 界面修正模型计算结果讨论

4.1 软模现象和花呢状组织

4.2 相变驱动力对相变的影响

4.3 HREM结果分析

4.4 本章小结

第五章 结论与创新点

5.1 本文结论

5.2 论文创新点

参考文献

攻读硕士学位期间已发表或者录用的学术论文

致谢