铁弹体系中应变玻璃转变的实验与模拟研究

直变玻璃转变是在铁弹体系中最新发现的一种玻璃化转变过程，这种玻璃化转变过程有着不同于正常马氏体转变的一些特性（纳米级的微小直变畴的形成，动态力学的频率依赖性，小的热滞，冻结过程等等），并且产生了重要的直用（形状记忆性，超弹性以及良好的内耗性能等等）。直变玻璃转变的发现不仅仅丰富和扩展了玻璃质材料或者无序材料的研究领域，更重要的是它产生了全新的直用潜力并引导了铁弹体系中关于奇异直变态的全新的物理机制的发现及研究。近年来，大量实验证据已经证明了直变玻璃转变在铁弹体系中的普遍存在性，并且认为点缺陷的掺杂是导致直变玻璃转变发生的重要原因。但是，关于铁弹体系中奇异的直变态（预马氏体直变态，直变玻璃态等）之间关系的研究，关于完整的包括所有直变态的相变相图的建立以及点缺陷在其中所起的作用的研究尚没有完成，本文通过实验观察以及相场动力学模拟的方法对铁弹体系中的奇异直变态及其相关奇异性能进行了研究并且在实验上和模拟上建立了完整的包含所有直变态的相变相图。首先，通过系统的实验分忻，在Ti50Ni(50-xFe体系中发现了直变玻璃转变，建立了Ti50Ni(50-xFe包括预马氏体直变态及直变玻璃态这两种奇异直变态在内的相变相图。通过实验分忻及建立的相图，提出预马氏体直变态不仅仅存在于正常马氏体转变之前，它也存在于直变玻璃转变之前；预马氏体直变态其实是没有完全冻结的直变玻璃态，与预马氏体直变态相关的困扰了几们长久的一些奇特现象都可以通过最新发现的直变玻璃态的冻结行为来解释。上述实验上关于直变玻璃转变相图的建立为理解与建立铁弹体系中的奇异直变态理论模型提供了实验依据。使得通过控制点缺陷的掺杂来影响铁弹体系的相变行为并借以改善材料性能成为可能。第二，实验研究描述了奇异直变态（预马氏体转变直变态和直变玻璃态）的存在，但是关于这些奇异直变态产生的原因，以及点缺陷如何影响不同直变态之间的转变过程等问题还尚未解决，因此一个全面的能够解释和预测铁弹体系所有直变态及其转变过程的理论模型需要被建立起来。本文通过引入缺陷改变铁弹体系的平均马氏体态的热稳定性和缺陷产生的局部畸变场这两种缺陷效直建立了新的朗道势能一缺陷模型。通过相场动力学的模拟，成功的预测了实验发现的直变玻璃转变现象及相关的奇异性质。更加重要的是，通过相场模拟结果建立了与实验一致的完整的“模拟”相变相图，成功的描述了铁弹体系中除了正常奥氏体态和马氏体态之外的奇异直变态，也就是预马氏体相变直变态和直变玻璃态，理论模拟为理解这些直变态及其之间的相关性提供了基础。也为铁弹体系中的玻璃化转变过程的研究提供了理论依据，并且预测了可能发现直变玻璃转变的其他缺陷（例如忻出物，位错），为通过掺杂制备性能适合的功能材料提供了可能性。第三，通过耦合直变玻璃模型和外加力场，本文的模型成功的模拟了直变玻璃转变的奇异力学特性；其中包括窄的直力直变迟滞回线，直变玻璃成分的直力一温度相变相图，以及在不同的加载情况下，体系在升降温过程中的热滞后性能。不仅仅揭示了这些特异性能的物理本质，并且进一步确认了所建立的模型的有效性和正确性，为进一步通过模拟来指导和设计新型可直用的直变玻璃态材料打下了基础。最后，直变玻璃转变理论模型的建立帮助我们理解和建立了铁电体系中的弛豫铁电体的理论模型，重现了实验所发现的弛豫铁电体的奇异物理性质，并为铁性玻璃转变的统一理论模型的建立打下了基础。