Cu-Al-Ni形状记忆合金马氏体逆相变的相场模拟研究

通过建立两个马氏体变体的三维相场模型,对Cu-Al-Ni形状记忆合金外加载荷下的马氏体逆相变进行了模拟和预测,验证了外加载荷对弹性应变能的作用,探究了外加载荷对马氏体逆相变的影响。结果显示,在Cu-Al-Ni形状记忆合金中,拉伸和压缩载荷均会阻碍马氏体逆相变的进程,原因是拉伸和压缩载荷会释放储存在马氏体相变中的弹性应变能。通过相场模拟计算,发现压缩载荷对弹性应变能的释放作用优于拉伸载荷。     

马氏体相变切变机制的现代试验验证和切变能的计算——再评“马氏体相变的非切变机制”

遴选了马氏体相变切变机制的现代试验结果,证明马氏体相变切变机制的正确性.在诸多有色合金中马氏体相变产生的切变能相对相变驱动力而言较大,但母相弹性常数的测定表明,马氏体相变时母相的弹性常数在特定方向将产生软化(对应切变方向),由此可有效地降低马氏体相变的切变能,从而得以使马氏体相变以切变形核.透射电镜的观察表明,层错迹线被单变体马氏体切过后将变成折线,并且试验测定的切变角与理论切变角很好地符合.透射电镜高分辨像揭示了马氏体/奥氏体界面处存在过渡区.这些区域的原子约从fcc奥氏体(111)面上的位置切变位移了50％,这是不同于扩散型相变的贝氏体/奥氏体界面.随后介绍了徐祖耀计算Fe-C合金马氏体相变切变能的方法.最后,指出了“马氏体相变非切变机制”理论提出者刘宗昌等由于对前人工作缺乏深入了解,在错误的物理概念基础上来计算马氏体相变切变能,导致错误结论.     

三元合金中界面迁移率的相场法计算(英文)

基于定量相场模型,提出一种新方法来计算界面迁移率,并将该方法应用于 Ti-6Al-4V 合金的α/β界面。相场模拟表明,更高的界面迁移率将导致更快的相转变速率,但在扩散控制的条件下,只有唯一的界面迁移率能匹配扩散方程。通过比较采用相场模拟和经典扩散方程所得到的相变动力学,可以得到不同温度下的界面迁移率。结果表明,计算所得的界面迁移率随着温度的升高而增加,且与 Arrhenius 方程吻合得很好。     

Ni2MnGa合金相界面位错结构及马氏体相变晶体学研究

运用马氏体相变拓扑模型研究了Ni₂MnGa合金中相界面位错结构及马氏体相变晶体学,并将计算结果与马氏体相变唯象理论进行了对比.当选择相变位错b_+1/+1^D1和晶格不变应变位错b^L=0.186[111]_M作为吸收共格应变的界面缺陷,且扭转角ω=3.2°时,惯习面HP^（2）的晶面指数为{0.691-0.117 0.713}_P,与台阶台面的倾角为42.000°;两相的位向关系为:（111）_P偏离（101）_M 0.317°,[110]_P偏离[111]_M约3.200°.上述计算结果与基于马氏体相变唯象理论的估算值非常接近,表明Burgers矢量长度较小的界面缺陷在相变过程中更容易被激活,由此计算所获得的理论结果也更符合马氏体相变唯象理论基于不变平面的假设.另外,还用马氏体相变拓扑模型计算并获得了马氏体相变唯象理论所无法获得的相界面缺陷网结构参数,说明这种模型比唯象理论更普适、更优越.     

NiTi形状记忆合金中Ni4Ti3共格沉淀相自催化生长效应的相场模拟

利用相场模型研究了Ni₄Ti₃沉淀相自催化效应的产生机制,基于体系各种能量的变化规律研究了自催化生长效应中合理的Ni₄Ti₃变体群的排列方式.模拟研究结果表明,在模拟最初的时间内,为缓解球形Ni₄Ti₃相与NiTi基体相形态上的不匹配,体系的化学自由能逐渐增大,弹性能和界面能逐渐减小;当Ni₄Ti₃相与NiTi基体相达到最佳匹配后,相变过程中化学自由能逐渐减小,弹性能和界面能逐渐增大;整个相变过程中体系向低能量态发展.同取向变体的梯形排列模式具有最大的优先性,其次是同取向变体的水平排列方式,再次是不同取向变体的边-面排列方式,最不具优先性的是同种变体的垂直排列模式.相场模拟结果深化并拓展了已有实验结论.     

U-Nb形状记忆合金热弹性马氏体相变的相场模拟

U-Nb形状记忆合金具有优异的抗腐蚀性和力学性能,其中亚稳α?相的典型微观组织为多层级孪晶马氏体。利用相场法模拟α?相热弹性马氏体的形成过程。结果表明,在弹性应变能最小化的驱动下,获得了多种自协调马氏体组织,也发现了多种自协调模式。对比本研究模拟结果和文献中的实验结果,认为相变变形梯度矩阵的反对称性和界面兼容性显著影响变体结对和孪晶面。另外,基于变体重排过程,预测了相变态组织在变形初期的织构演化。     

用于描述奥氏体/马氏体界面的修正模型

在择优态存在的前提下,以修正Landau多项式描述奥氏体/马氏体的界面特征.以母相弹性模量、择优态能量和马氏体相变驱动力为参数,利用Ginzburg-Landau理论计算了奥氏体/马氏体的界面结构及相关性质.结果表明,奥氏体/马氏体界面存在一个序参量变化缓慢的平台,这个平台对应于点阵结构既非奥氏体也非马氏体的过渡区域.通过对奥氏体/马氏体界面宽度和界面能的计算,表明本模型可很好地解释一些实验中观察到的现象.     

形状记忆合金的弹性特性

与其他合金和金属材料相比,形状记忆合金具有特别显著的高弹性、拟弹性和非弹性特性。呈现出这些特殊的性质,还在于马氏体相变所致．其中,高弹性和拟弹性是由于李晶界面或者是母相－马氏体相界面之类界面的移动所致,所以能在静态测定出来,但是在高频条件下即使有界面存在也不能测定出来。与此相反,对于非弹性无论有无界面移动,直到高频均能加以测定。通过马氏体相变可以从无自发应变的母相产生有自发应变的马氏体相。在自发应变小的马氏体相情况下,母相与马氏作相的界面以及马氏体相中的孪晶界面都容易移动,这也称做热弹性型。显示…     

钢中fcc/bcc(bct)马氏体形核与长大的一种晶体学模型

将不变线理论和O点阵理论应用于fcc／bcc(bct)马氏体相变的可滑移生长界面的设计,建立了马氏体形核与长大的晶体学模型．通过模型分析表明:fcc／bcc(bct)马氏体形核与长大过程是通过(121)fcc型择优界面推移进行的,界面上的错配位错可以完成马氏体晶体学唯象理论(PTMC)要求的点阵不变变形(LID),但LID要稍滞后于界面迁移,即在马氏体形核与长大过程中推移界面新相一侧存在一未发生LID的新相薄区;当相变温度达到马氏体相变点Ms时,母相奥氏体与这一薄区的晶格常数比为、√3/2,这一几何条件和Olson-Cohen形核模型中要求扩展位错层错区界面能γ≤0是等价的．     

超高强度钢板热冲压成形同步淬火相变不均匀性影响因素分析

以超高强度钢BR1500HS为研究对象,利用材料的应力-应变数据、热物理性参数、相变模型构建了U形件热冲压成形过程的热-力-相3场动态耦合有限元数值模型。有限元模拟结果表明,法兰区域和底部区域中的马氏体体积含量显著多于侧壁区域中的马氏体体积含量,揭示了钢板相变的不均匀性;同时对成形过程中板料和模具的温度场进行研究,揭示了钢板冷却速度的不均匀性。通过在整个热冲压过程中法兰区域、圆角区域、侧壁区域和底部区域选取观测点,分析了冷却速率不均匀性的影响因素,即温差、接触间隙、换热系数。最后通过实验验证了模拟结果具有较高的可靠性。     

Fe-C-Mn三元合金中奥氏体-铁素体相变的相场模拟

采用相场法研究了Fe-C-Mn三元合金在临界区等温过程中发生的奥氏体-铁素体相变。基于Gibbs自由能守恒理论,在相场模型中考虑了替换型元素Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的自由能耗散,描述了Fe-C-Mn三元合金中因Mn在相界面偏聚所导致的相变停滞和相变不完全现象。利用相场模型研究了Mn含量对奥氏体-铁素体相变微观组织转变和相变动力学的影响。结果表明,随着Mn含量的增加,铁素体相的转变速率和体积分数降低,Mn在奥氏体/铁素体相界面内扩散所导致的溶质拖曳现象越明显,相变不完全程度加剧。     

相变内耗与伪滞弹性

Fe-Ni-C在扩散型(珠光体)相变时呈现较高的内耗峰，说明相界面(尤其是高能相界面)的运动对相变内耗起到重要作用，建议建立一个内耗峰值与相界面能量之间的关系式，Fe-Ni-C中贝氏体相变的内耗特征与珠光体的相似，贝氏体相变孕育期内已发现相变内耗峰．结合溶质区的实验结果，证明贝氏体相变系扩散形核马氏体相变中相界面能量较低，导致其内耗峰值低于扩散型相变的峰值．马氏体相变的软模现象为相变形核机制提供启迪．fcc→hcp反铁磁相变抑制了马氏体相变动力学，但促发了fcc→fct相变，在ZrO2-CeO2一Y2O3陶瓷中，因m→t逆相变而引起的滞弹性可称其为伪滞弹性，其弛豫时间长达数日之久。     

相场方法研究Al-Ag合金γ相周围溶质析出过程

针对Al-Ag合金溶质的Spinodal亚稳互溶隙曲线的特点,考虑溶质场与析出相的相互作用,通过构造时效温度和溶质浓度相关联的局域相互作用自由能密度函数,建立了低Ag溶质的Al-Ag合金析出过程的相场模型.模拟了Ag溶质浓度分别为4.2%和22%的体系中溶质场的Spinodal分解和析出Guinier-Preston区(GPZ),以及在析出相附近形成一种无沉淀区(PFZ)的演化过程.模拟结果表明,在析出相周围形成了椭圆形的PFZ,其宽度大约是棒宽度的2倍,而在远离PFZ的区域出现了由于Spinodal分解而形成的Ag溶质分布图案.经过足够长的时效时间,溶质场析出GPZ.当Ag溶质浓度较高时,浓度场会在PFZ周围形成多条液滴状的平行流线环绕着的析出相.模拟结果与实验观察结果很好地吻合.     

镍基合金沉淀过程相场法界面演化规律研究进展

介绍了微观相场的动力学模型以及运用相场法对镍基合金沉淀过程界面演化规律取得的研究进展.该模型可成功描述合金沉淀过程中沉淀相形貌和结构的演化,得到一系列的场变量、沉淀相界面结构、界面迁移性等性质.利用该模型已经对许多先进镍基合金的相变动力学进行了模拟研究.     

高强钢热冲压成形相变模型研究

对高强钢热冲压成形过程中的相变模型进行了研究,在K-V模型,A-O模型和Li模型的基础上对相变模型进行了修正。在此基础上用两种材料对修正模型进行了验证。结果表明,经过优化后的修正模型预测得到的CCT曲线与试验结果更加吻合。比较了四种不同模型在不同冷却速率下的马氏体转化量,发现修正模型预测的马氏体相转变量最多,铁素体/珠光体相转变量最少。数值模拟的硬度值与实验值进行了对比,发现根据修正模型模拟得到的硬度值基本能预测实际硬度值,说明修正模型是准确的。     

NiTi合金B2-B19′马氏体相变晶体学的拓扑模拟研究

运用拓扑模型研究了等原子比NiTi合金B2-B19'马氏体相变晶体学,根据最优扭转角(wo)准则计算得到wo=-0.969°,并获得了马氏体惯习面指数及母相-马氏体相界面位错结构特征,计算结果与实验测量值非常接近。NiTi合金马氏体相变所产生的相变应变包含一个平行于惯习面的剪切应变和一个垂直于惯习面的轴向应变,轴向应变量表示B2-B19'相变所引起的宏观体积变化为εHP33=6.6879×10-3,表明NiTi合金的负热膨胀现象来源于合金中马氏体相变所产生的相变应变。     

近几年马氏体相变研究的进展

综合整理了近年来马氏体相变试验研究的新成果.认为马氏体相变切变过程缺乏热力学可能性.指出马氏体在晶界、相界面、位错等缺陷处形核,并非共格切变过程.发现板条状马氏体、片状马氏体中均存在堆垛层错亚结构；高密度位错、孪晶、堆垛层错亚结构的形成并非切变所致；马氏体形貌的演化系应变能起主导作用,与切变无关；马氏体表面浮凸是相变比...     

钛中α/ω界面的第一性原理计算研究

基于实验观测到的界面位向关系,针对钛中α/ω界面开展了第一性原理密度泛函计算研究。根据α、ω两相不同的表面终端和界面原子配位类型,构建和计算考察了24种可能的α{1-100}/ω{1-100}界面原子模型。结果显示,有5种界面结构在能量上具有相近优势,在钛中可能同时出现,其平均界面能为0.100J/m₂(计入错配应变),或0.029J/m₂(不计入错配应变)。计算结果为后续开展钛及钛合金的相场模拟并揭示其相变机制提供重要依据。     

马氏体相变理论研究的最新进展

马氏体相变的切变机制存在误区,研究马氏体相变的形核、长大、组织形貌及亚结构等具有重要理论价值和实际意义。本文综合整理了近年来马氏体相变试验研究的新成果,指出马氏体在晶界、相界面、位错等缺陷处形核,并非切变形核;发现板条状马氏体中存在层错亚结构。位错、孪晶亚结构的形成也非切变所致;马氏体组织形貌的演化与应变能有密切关系;马氏体表面浮凸是相变比体积增大所致,N型切变缺乏试验依据。     

形状记忆合金的本构关系

利用DSC分析了热流-温度曲线和马氏体体积分数与自由能增量间的微分关系,建立了一个新的余弦型形状记忆合金马氏体相变模型;推导了一个新的形状记忆合金本构方程.研究表明:Liang和Rogers的马氏体相变模型和本构方程分别为本文建立的马氏体相变模型和本构方程所描述的一种特殊情况;本文建立的马氏体相变模型和本构方程比Liang和Rogers及其它现存马氏体相变模型和本构方程能更准确地描述形状记忆合金的相变行为和力学行为.