2.7文献综述 9

3.脚本实例 10

4.Meyer-Entel势的测定及建模 12

4.1MEYER-ENTEL势的测定 12

4.1.1晶格常数与单个原子能量的计算...12

4.1.2空位能的计算...12

4.1.3体弹模量的计算...13

4.1.4相平衡温度的计算...14

4.2建模 15

4.2.1建模...15

4.2.2原子结构示意图...16

5模拟结果及讨论 17

5.1双向拉伸模拟...17

5.2拉伸过程中的(111)面上的原子结构示意图..17

5.3形核位置...20

5.4表面(z方向上)的原子变化.20

5.5bcc（1）与bcc（2）面的局部放大21

5.6相变路径...22

5.7讨论...22

6总结与展望 24

致谢 25

参考文献 26

1绪论

1.1引言

铁被称作世界上最重要的元素之一。已被使用了上千年的铁是地壳中最为人熟知的一种东西了。铁的热传导性与电传导性非常优异。进入21世纪以来，铁仍然是人类不可替代的原材料，在各行各业发挥着巨大的作用。但是，在节能减排和保护环境的急迫需求下，强度高，塑性好的铁的开发已然成为了一种必然的趋势。另外，纯铁的硬度非常低。正因为如此，在现代工业中铁元素作为结构材料使用的并不多。然而，当给铁元素中添加了其他的元素时，它的各种材料特性都会得到长足的提升。可以掺杂进去的元素有碳、镉、镍等。其中，掺杂了碳元素的铁被称为钢，其材料的机械性能得到了很大的提升，被作为结构材料被广泛地使用于制造业。

材料的宏观性能往往是由材料的微观结构所决定的。而相变，特别是结构相变，直接造成了材料微观结构的变化从而改变了材料的宏观性能。例如钢铁材料在温度剧烈降低的过程中发生了马氏体相变，淬火后材料的硬度与强度得到很大的提升，因此，近百年来钢铁材料相变的研究及应用深受材料科学界关注。纯铁是指用生铁精炼而成的含碳量0.02%以下的铁，对其相变的研究是研究钢铁的重要部分。近年来，以纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜为代表的纳米材料由于其表面效应、小尺寸效应和量子效应，显示出其独特的机械性能、化学性能和光学性能，被广泛地运用于化工、电子等行业。值得注意的是，传统的相变理论，在纳米尺度下不在适用。

分子动力学方法，作为实验方法的有力补充，已经被广泛地运用到材料科学的研究中。相较于实验方法，分子动力学模拟(MD)具有以下的优势。一方面，由于某些过程的速度非常快，例如马氏体相变的速度大概可以接近于340m/s，在元素的表象视野上的变化是很难被观察到的，哪怕利用一些器材设备也无法了解清楚。此外，在当下的实验设备条件的约束下，无法对外界环境在极短的时间内实施变化，例如材料的极速升/降温等。而运用分子动力学模拟方法则可以从微观上观察原子运动轨迹，预测材料宏观性能，可以把材料微观结构的变化与宏观性能的变化有机地结合起来，为实验工作和材料设计提供理论支撑和新的思路。

本毕业设计采用MD方法，选择纯铁薄膜作为研究对象，研究薄膜在拉伸过程中由应变诱发的bcc-hcp相变过程，着重分析形核位置和形核后的长大，研究相变过程中各相中的原子取向，明确相变路径。我们希望，本论文的结果对丰富铁元素在纳米尺度下的相变理论起到小小的作用。