FCC/BCC系统中沉淀相变晶体学形成原因的实验和理论研究

金属材料中固态相变产物往往呈现丰富多彩的晶体学形貌，现代测试技术可以定量表征这些形貌，对这些形貌的定量理解是科学调控材料微结构的基础。然而，许多材料中相变晶体学的演化和择优规律仍十分不清楚，这部分知识的不完善是阻碍相关材料基于知识设计的一个瓶颈因素。本项目开展FCC/BCC系统沉淀过程中相变晶体学演化的系统研究，结合几何相变晶体学理论、原子尺度模型的能量计算，旨在揭示和解释相变晶体学演化的择优规律，开拓理论方法。对于相变前期（共格阶段），提出结合BVC模型和奇异值分解的方法，分析此阶段的错配分布，给出了可能的位向关系，结果和前人的实验结果吻合。对于相变后期（半共格阶段），在满足O线（惯习面含一组位错）条件下运用矩阵方法推导了FCC/BCC系统中两类常见柏氏矢量对应的位向关系，惯习面取向，界面位错线方向和位错间距的解析表达式。运用嵌入式原子势对常见FCC/BCC系统合金纯铁，Ni-Cr，Fe-Cu合金等系统（晶格常数比接近1.255）惯习面的界面能进行了计算。解释了为什么实际系统中近K-S位向关系（界面位错间距较小）相变对于N-W位向关系（界面位错间距较大）相变常观察到的原因。另外还研究了晶格常数比、成分、弹性模量等因素对界面择优的影响。通过比较相变初期和相变后期晶体学择优结果，提出了可能的演化机制：转动或二维形核机制。本研究还开拓了相变晶体学分析的理论方法，这包括提出用结构奇异性来描述择优界面的方法，用位错的分布和空间匹配好点分布等特征的奇异性来表征奇异界面。为系统地研究择优界面提供了直观的定量分析工具，也为本课题组过去提出的，已经被许多同行采用的delta-g方法补充了物理基础。另一方面的开拓也是突破性的，发展了三维解析计算方法，获得含一组位错的惯习面的法向椭圆曲线方程，并给出简易二维求解方法和界面矢量方法。总的来说，本项目所取得进步，不但加深了对FCC/BCC系统相变晶体学的认识，而且完善研究相变晶体学的普适性理论方法。