2。1。3 空位形成能的计算 12

2。1。4 相变平衡温度的计算 12

2。2 纯铁纳米线奥氏体-马氏体相变的模拟 12

2。3 模拟脚本示例 13

3 模拟结果及讨论 14

3。1 Meyer-Entel势的测定 14

3。1。1 平衡晶格常数和原子间结合能 15

3。1。2 体弹模量的测定 15

3。1。3空位形成能的计算结果 16

3。1。4  平衡相变温度的确定 17

3。2 温度循环中纯铁纳米线的马氏体-奥氏体相变 18

3。2。1 弛豫过程分析 18

3。3 温度循环下纯铁纳米线的奥氏体-马氏体相变 19

3。3。1 相变过程中纳米线长度的变化 19

3。3。2 原子结构示意图分析 20

3。4 相变路径的确定 21

3。5 纯铁纳米线相变温度与纳米线直径的关系 22

总结 24

致谢 25

参考文献 26

1 绪论

1。1 引言 

    我们知道，材料微观结构决定材料的宏观性质，而相变，特别是金属材料中的固态相变，正是材料原子层面上微观结构的变化。因此研究材料的相变对于材料性能的提高具有重要的意义。有关相变的研究促进了材料科学技术的迅速发展，对相变过程的规律等的研究有助于人们更科学的了解材料的性能，对于材料性能改善有巨大的作用。而纯铁作为钢铁的最主要组成部分，对其相变的研究就显得尤为重要。另外一方面，随着信息电子技术的飞跃发展，人们对材料性能的要求越来越高。随着材料的微观化、纳米化，纳米材料往往显示出与块状材料截然不同的性能。由此可以推断，由于尺寸效应，传统的相变理论对于纳米材料不一定适用。据此，我们有必要研究纳米材料的相变行为[1]。由于马氏体相变的快速性（接近声速），所以相变过程中材料的微观结构，特别是原子层面上的变化很难被观察到。另一方面，受实验条件的局限，一些极端条件，例如快速升/降温、超高温/压等，在试验过程中很难被实现。计算机模拟正好可以有重要的补充的一个作用，可以把实验跟理论结合起来，从而节省大量的人力和物力。本文拟采用分子动力学模拟法对铁纳米线的相变进行研究。分子动力学方法结合原子间的相互作用能，基于经典牛顿定理计算单个原子在任意时刻的位置与速度，并输出其他的物理参数。我们将着重探讨温度变化引发的纯铁纳米线相变，并和通过对传统块状材料的模拟结果相比对，探索在纳米尺度下材料相变理论与传统相变理论的异同，以期为实验工作提供可靠的理论基础和数据支撑。论文网

1。2 文献综述

1。2。1 钢铁

   早在人类学会了炼铁这门技术之后不久的时候，也学会了炼钢。由于钢它比最初的生铁有更为要好的物理、化学、机械性能，所以很快就在这个方面得到大量的应用。但是由于以前人们的技术条件有一定限制，人们对钢的使用反而却一直受到钢产量的限制，一直到十八世纪工业之后一段时间，对钢的应用才得到了很大发展。我国是钢铁的生产和消费大国，2007年消费量达到4。35亿吨，占世界钢铁消费总量的36%；2008 年达到4。53亿吨，占世界钢铁消费总量的35。5%。