一阶相变包括各种固体/液体/气体中的相变和某些结构转变，如在铁中马氏体的形成。如果所有的第一阶导数是连续的，但二阶导数是不连续的，相变被称为二阶相变，例如铁等材料中的铁磁相变[7]。

1。3。2 马氏体相变

    马氏体相变和奥氏体相变在金属材料中是很常见的。马氏体相变是一种在低温下进行的相变。相变过程中原子是集体运动的，也就是说原来相邻的原子相变后仍然相连，而他们之间的相对位移不会超过一个原子间距。所以马氏体相变是在原子基本不发生扩散的情况下进行的。而且不仅铁原子以及一些其他置换型原子不能扩散，而且一些间隙性碳原子也不能发生扩散，也有实验证明，钢中奥氏体到马氏体相变只是由面心立方点阵通过切变改组成体心立方点阵，并无成分变化。因此马氏体相变的结果只有晶体结构的变化而无化学成分的变化，新相的成分和母相完全相同[8]。实际生产过程中，为了使钢经过热处理获得所要求的组织和性能，大多数需将钢件加热到相变临界点以上，形成奥氏体组织，然后再以一定的速度冷却，从而得到马氏体组织。

马氏体相变的可能路径 (a)贝茵模型 (b) 西山关系 (c) K-S关系，蓝色的原子构成bcc晶格，红色箭头显示原子在相变过程中的运动方向。

    对于马氏体相变的路径研究，可以追溯到1924年。如图三(a)所示，从fcc晶格出发，经过简单的单向压缩及双向拉伸，可得bcc结构，这就是著名的贝茵模型。尽管这个模型在提出以后得到了广泛的接受，但是它并不能很好地解释马氏体相变的路径。第一，实验中所观测到fcc与bcc相的晶体学关系，往往与贝茵模型不符。第二，贝茵模型并没有考虑到马氏体相变中至关重要的切变。第三，贝茵模型无法解释实际实验中观察到的惯习面。基于贝茵模型，Nishiyama和Wassermann，Kurdjumov和Sachs提出了马氏体相变新的取向关系，分别被称为西山关系和K-S关系(如图三(b)和(c)所示)。西山关系中，我们有(111)fcc∥(011)bcc ; [11-2]fcc ∥ [01-1]bcc。K-S关系中，晶体关系符合(111)fcc ∥ (011)bcc and [10-1]fcc ∥ [11-1]bcc。K-S关系中，fcc相的最密排面及最密排方向平行与bcc相的最密排面及最密排方向[9]。从K-S关系出发，如果将某相沿(011)bcc 方向转动5。26°,即得到西山关系。低碳钢的马氏体相变一般遵循K-S关系，而高碳钢的马氏体相变遵循西山关系。超过90% 的奥氏体-马氏体相变都遵循N-W关系或者西山关系。文献综述

1。4块状材料的研究背景

     块状金属材料的相变，长久以来得到广泛而深入的研究。王瑞珍等对低碳钢在1100～750 ℃之间的奥氏体动态在结晶及动态相变行为进行了研究，确定了随奥氏体冷却速度的上升，动态相变会得到抑制[10]。罗德信等研究了高碳钢中相变与组织形貌的关系，并对材料相变前后的性能，例如抗拉强度及拉拔性能等进行了测定。在这篇文献中，作者们简历了高碳钢的连续冷却转变曲线，并且制订了控制形貌的控冷工艺[11]。除实验之外，分子动力学方法也被广泛地用于块状材料奥氏体-马氏体相变的研究中，然而，通过对文献的梳理，采用分子动力学方法模拟奥氏体-马氏体相变并不容易。Bos等模拟了遵循贝茵及K-S关系的相界面， 作者并没有观察到相界面的移动过程[11]。Song和Hoyt采用了分子动力学方法，研究了类西山关系相界面的移动，即相变过程。所谓类西山关系，指与经典西山关系相比，类西山关系与K-S关系的晶向差为4。04°，不是5。26°。作者指出，这种晶体结构上的错位原子密度非常高，从而产生非常高的错位应力，而相界面上的高应力正是相界面移动的驱动力 [12]。采用分子动力学方法研究纳米体系中的相变的文献并不多见。如周国荣等人结合EAM镶嵌原子作用势, 通过经典的分子动力学模拟研究了不同冷却速率下Al纳米线的凝固行为, 并采用键对分析技术探讨了体系中的原子团簇在不同冷却速率下的转化情况。结果表明, 随着冷却速率的降低, Al纳米线的微观结构从非晶态过渡到多壳螺旋结构, 而多壳螺旋结构具有部分非晶结构的特征[13]。Ma等模拟了金纳米线的拉伸过程，并观察到随着拉伸过程，材料内会产生孪晶并且会发生可逆的马氏体相变。作者们分析相变的驱动力是材料纳米化之后产生的高表面应力。他们指出，这类相变仅仅能发生在某个零界温度之上[14]。Sandoval和Urbassek等采用分子动力学方法，在纯铁纳米线中研究了由温度及应力引发的相变。他们发现了与传统材料截然不同的性质。（1）与块状材料相比，纳米材料新相的形核往往从材料表面开始。（2）随着纳米线尺寸的变小，相变的临界温度/应力与块状材料理论值的偏离越来越大。（3）由应力引发的相变中，随着应变的不断加大，已经相变的新相会发生晶格重排现象[15，16，17]。通过对纳米材料相变文献的检索我们可以发现，研究者们普遍把纳米材料中相变现象与块状材料的差异归结到纳米材料高的比表面，即表面原子在体系中占主导地位。