马氏体相变微结构演化过程的模拟与分析.pdfVIP

第 27 卷 专辑 固 体 力 学 学 报 V ol . 27 S. Is sue 2006 年 12 月 A C TA M EC HAN ICA SOL IDA SIN ICA Decem ber 2 006 3 马 氏 体 相 变 微 结 构 演 化 过 程 的 模 拟 与 分 析 王星耀 　彭 　程 　霍永忠 ( 复旦大学力学与工程科学系 ,上海 ,2004 ) 摘 要 　实验中观察到形状记忆合金在应力诱发马氏体相变过程中 ,出现多界面的微结构 ,马氏体相会逐渐 长大变粗 ,同时会出现由马氏体形核造成的应力突然降低1 用多阱的弹性能函数来刻画此相变与微结构演化过程 , 发现相变时会出现多界面的微结构且伴随着马氏体相的形核至奥氏体相的消失过程 , 出现了界面数先增后减的变 化 ,同时应 力会 出现跳跃而不连续 1 相对应的动力学模型的有限差分的计算结果同样显示形核 时出现了多界面的 微结构并伴随着应力的大幅振荡 ,随着载荷的增加界面位置随之移动 ,使得马氏体相区域逐渐长大1 理论分析与数 值模拟的结果较好地刻画了实验中观察到 的马 氏体相变过程 中的形核 ,产 生多界面 , 再到马 氏体逐渐长大这一微 结构的演化过程 1 关键词 　马氏体相变 ,多界面微结构 ,形核 ,长大 0 　引言 间隔出现 ,两相 间的界面数增加 ,出现多界面 的微结 形状记忆合金具有拟塑性 、超弹性等性质 1 其 构 1 随着相变的进行 ,马 氏体相区域逐渐长大变粗 , 作为一种重要 的功能 、智能材料 , 已在许多领域获得 互相融合 , 从而界面数逐渐 减少 直至 相变结束 ( 图 应用1 研究表 明 ,这些特殊的力学行为是 由于形状 1a) 1 而其对应 的宏观应力应变 曲线 中则出现滞后 记忆合金内发生 了马氏体相变的缘故 1 实验中观察 等现象( 图 1b) 1 到伴随着相变过程 ,形状记忆合金呈现 出多界面 的 微结构 ,与此 同时其宏观应力应变 曲线会表现 出失 稳 、滞后等复杂现象 1 可见形状记忆合金受载荷时 的宏观应力应变表现与其微结构 的形成及演化过程 密切相关 1 形状记忆合金中的马氏体相变是一种无扩散热 弹性的一阶相变 ,使得连续性假设满足 ,并且马 氏体 相变可用变形梯度来表征 1 很多学者都曾用连续介 质热力学的手段对形状记忆合金 中的马氏体相变提 出过一些静力学[1 ] 和动力学的模型 ,试 图解释马 氏 ( ) 图 1 a 　马氏体相变 过程 中形状记忆合金的 体相变过程 中的滞后 回线和微结构[2 , ] 1 本文在连 多界面微结构 续介质热力学框架内研究应力诱发马 氏体 的相变过 程 ,相变与微结构演化过程 , 采用多阱的弹性能函 数 ,并考虑应变梯度界面能与位移非均匀能的影响 1 分析一维单轴拉伸 问题的稳态与动力学模型 ,研 究应力诱发马 氏体相变过程 中的微结构演化情况 , 均 出现 了实验 中观察到的多界面 的微结构及应力的 跳跃与失稳现象 1 1 　相变形核与长大 我们在对 Cu2A l2Ni 单 晶的单轴拉伸实验 中观 ( ) 察到 :在相变时马 氏体相形核 ,马 氏体相与奥氏体相 图 1 b 　应力诱发马氏体相变的应力应变 曲线 3 ( ) ( ) 国家 自然科学基金项 目 10 72 02 和上海市重点基础项 目 04J C 14 0 4 1 © ·2 ·