An effective anisotropic visco-plastic model dedicated to high contrast ductile laminated microstructures: Application to lath martensite substructure
在特定类型的层状或片状微观结构如珠光体和板条马氏体中，塑性滑移有利地发生在平行于层间边界的方向上。这可能是由于形态和结晶取向之间的相互作用，或者更一般地，由于施加在塑性滑移上的约束，由于层状微观结构的几何形状。本文提出了一种基于微观力学，计算效率高，规模独立的模型，为特定类型的层状微观结构包含较软的层状，这是足够薄，被认为是离散的滑移面嵌入在一个矩阵表示较硬的层状。相应地，该模型被构造为各向同性粘塑性模型，该模型富含附加的取向相关的平面塑性形变机制。当所施加的负载投射在软膜的方向上时，该附加模式被激活，从而引起显著量的剪切应力。否则，塑性形变仅由模型的各向同性部分控制。所提出的模型的响应进行评估，通过比较直接数值模拟（DNS）的无限周期两相层压板。结果表明，该模型的屈服行为遵循相同的行为作为参考模型。据观察，所提出的模型是高度各向异性的，和各向异性的程度取决于之间的对比度的滑移阻力（或屈服应力）的平面模式与各向同性部分。然后，该配方被施加到模拟板条马氏体与层间薄奥氏体膜的子结构。将该模型应用于双相钢微观组织的细观模拟，并与标准各向同性模型和全晶塑性模型的结果进行了比较。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Modulated Martensite: Why it forms and why it deforms easily
无扩散相变是（磁性）记忆合金、铁电体和多铁性材料的多功能性的核心。在低对称调制马氏体相中获得了外场下的巨应变效应。我们概述了调制相的起源，它们与四元马氏体的连接和后果，其功能特性通过分析从原子到宏观尺度的外延Ni-Mn-Ga薄膜的马氏体显微结构。马氏体-马氏体相界的几何约束作用到原子尺度。因此，可以形成纳米孪晶四元马氏体的马氏体显微结构。孪晶变体的粗化可以降低孪晶边界能量，这是一个我们可以从原子到毫米尺度跟踪的过程。粗化是一个分形过程，通过加倍孪晶周期以离散的步骤进行。集体缺陷能量导致显著的滞后，这允许在室温下保留调制马氏体作为亚稳相。在这种亚稳态下，弹性能通过形成“双胞胎中的双胞胎”微观结构而释放，这种微观结构可以从纳米到毫米尺度观察到。这种分级孪晶导致扩散的介观孪晶边界，与常见的四方马氏体的原子级尖锐孪晶边界形成对比。我们认为，观察到非常高的流动性，这种介观孪晶界源于其扩散性质，使钉扎原子点缺陷无效。
2011-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and growth of hierarchical martensite in epitaxial shape memory films
记忆合金在马氏体状态下通常表现出复杂的分级形态。为了了解这种双内双晶微结构的形成，我们研究了外延Ni-Mn-Ga薄膜作为模型系统。原位扫描电子显微镜实验显示美丽的复杂的孪晶图案与一些不同的介观孪晶边界和宏观孪晶边界之间已经孪晶区域。我们解释这些图案的外观和几何形状，通过构建一个内部孪生马氏体核，它可以采取的形状的钻石或钻石，在马氏体的基本唯象理论。这些核已经包含了不同的可能的介观孪晶边界的种子。这些核的形核和生长决定了分层空间填充马氏体显微组织的产生。这与以前解释分级马氏体微观结构的方法相反。这种新的图片的创建和各向异性，良好的取向生长的孪晶马氏体核解释了我们的实验观察到的孪晶内孪晶微观结构的微观和宏观尺度上的形态和精确的几何特征。
2017-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Non-laminate Microstructures in Monoclinic-I Martensite
本文在几何线弹性力学的背景下研究了单斜Ⅰ马氏体（一种十二变量材料）的对称一秩凸包。我们构建了一套T3，这是（非平凡的）对称秩一凸包的三元组的两两不相容的菌株。此外，我们构造了一个五维连续T3，并证明了它与对称秩一凸包边界的相交是四维的。我们还指出，存在另一种具有不同性质的半凸包的单斜I马氏体，据我们所知，这种半凸包尚未在实验中观察到。我们的策略是将对称秩一凸锥的代数结构的理解与由菌株形成的凸多胞体的刻面结构的知识相结合。
2012-06-19 cond-mat.mtrl-sci math.AP
Effect of lattice mismatch-induced strains on coupled diffusive and displacive phase transformations
用相场方法研究了既能发生慢扩散相变又能发生快位移相变的材料。该模型捕捉的时间-温度-转变（TTT）图，连续冷却转变（CCT）图，和这些合金的显微组织形成的基本特征。在某些材料系统中，可能存在与这些转变相关的固有体积变化。我们发现，这些一致性应变可以稳定混合微观结构（如保留的珠光体-马氏体和珠光体-马氏体混合物）之间的相互作用扩散和位移机制，这可以改变TTT和CCT图。根据条件的不同，这两种相可以竞争成核或合作成核。该模型还表明，体积变化的微小差异可能对马氏体形成的早期阶段和所得的显微组织产生明显的影响。--长版cond-mat/0605577 --关键词：Ginzburg-Landau，马氏体，珠光体，调幅分解，形状记忆，显微组织，TTT图，CCT图，弹性相容性
2006-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Dynamic dislocation drag near to a point of martensitic transformation
考虑共格界面对马氏体型相变点附近驱动位错机械能耗散的影响。得到了位错因形变型相变激发能量损失而发生动力制动的表达式。
2000-12-05 cond-mat.mtrl-sci
On the critical role of martensite hardening behavior in the paradox of local and global ductility in dual-phase steels
针对双相钢全局塑性与局部塑性存在的悖论，本文通过微观力学统计研究发现马氏体硬化行为是核心影响因素，相力学性能差异的提升会增强全局塑性但削弱局部塑性，为研发兼具两类塑性的钢材提供了关键方向。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure of precipitates and magnetic domain structure in an annealed Co38Ni33Al29 shape memory alloy
的CoNiAl FSMA的显微结构确定由传统的透射电子显微镜，电子衍射研究与先进的显微镜技术和原位洛伦兹显微镜。通过HRTEM证实存在10至60 nm尺寸的hcp $ε$ -Co的棒状沉淀物。用Burgers取向关系描述了析出相与B2基体之间的取向关系。冷却后获得的马氏体的晶体结构为具有（1-11）孪晶面的四相L10。磁畴结构是在原位冷却实验过程中使用洛伦兹显微镜的菲涅耳模式确定的。虽然从B2奥氏体到L10马氏体的转变进行，但新的畴成核导致畴宽度减小，磁化主要沿着单一方向。尽管马氏体相的磁畴结构复杂，但奥氏体相的磁畴与晶向的关系仍有可能得到完整的描述。
2008-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Influence of orientation-dependent lath martensite yielding on the hardening behavior of quenched martensitic steels
淬火马氏体显微组织中塑性开始的特征在于低的初始屈服应力，随后是极强的初始硬化响应，然后是突然的硬化饱和。文献将这种行为归因于从马氏体相变继承的残余应力和位错，或者归因于导致晶粒之间强度差异的微观结构不均匀性。在这里，我们认为，由于板条间的滑动，诱导子结构边界滑动机制，板条马氏体的取向相关屈服，也可能有助于显着观察到的行为。为了证明这一点，我们系统地研究了它的定量贡献的弹塑性转变行为的数值微观结构模型。在模拟中，我们采用了一个有效的层压模型的马氏体包，考虑到屈服各向异性由于沿包的惯习面方向滑动。考虑到碳含量的影响，考虑了具有不同水平板条强度的马氏体显微组织。结果表明，具有良好的习惯面取向的马氏体包开始屈服较早，与那些具有不利的取向，最初保持弹性。因此，微观结构的宏观尺度响应表现出低屈服应力，随后是显著程度的初始硬化，其持续直到接近饱和应力水平。表观加工硬化率取决于模型中使用的习惯平面和习惯平面屈服强度之间的对比。
2022-11-16 cond-mat.mtrl-sci
A phase field model of the effects of dislocation microstructure on grain boundary motion during recrystallization
本文提出了一种相场模型，用于研究位错微观结构对再结晶期间晶界运动的影响，通过模拟多尺度位错结构并对比实验结果，揭示了晶界运动的驱动机制。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and idealized dislocation microstructure at small scales: predictions of a phenomenological model of Mesoscopic Field Dislocation Mechanics: Part I
发展了一个唯象介观场位错力学（PMFDM）模型，将连续塑性理论推广到研究小尺度塑性力学的初边值问题。PMFDM的结果从一个基本的时空平均的场位错力学（FDM）的方程，其次是封闭的假设，从任何应变梯度塑性模型，试图模拟几何必要的位错（GND）的影响，只有在加工硬化。
2005-10-02 cond-mat.mtrl-sci
A Universal Approach Towards Computational Characterization of Dislocation Microstructure
位错-晶格内的线性缺陷，例如，金属-已经直接观察和分析了近一个世纪。虽然实验表征方法现在可以重建复杂位错网络的三维图像，但模拟方法同时越来越能够非常详细地预测此类系统的演变。然而，用于分析和比较位错微观结构的简明方法仍然落后。我们介绍了一种通用的微观结构“语言”，可用于直接比较和详细分析非常不同的实验和模拟方法。
2016-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscratching of iron: a novel approach to characterize dislocation microstructures
介绍了一种新的方法来表征从原子模拟获得的位错微观结构，它依赖于离散线的属性转换为连续的数据。该数据由包含关于位错微观结构的性质的详细信息的多个密度和类似密度的场变量表示。将这种方法应用于铁中纳米划痕的原子模拟揭示了明显的“长度尺度效应”：随着划痕长度的增加，位错的数量增加，但几何上必要的位错的密度保持不变，从而降低剪切应力。在划痕过程中，脱位主要产生在划痕前沿。成核率与划痕长度具有相对于划痕前端的近似反对称形状，导致几乎恒定的曲率。
2017-05-22 cond-mat.mtrl-sci
Building hierarchical martensite
马氏体材料显示出复杂的、分级的微观结构，其包含由各种类型的孪晶界分隔的结构域。存在几个概念来描述每个长度尺度上的这种微结构，然而，没有综合的方法将整个范围从纳米尺度到宏观尺度桥接起来。在这里，我们描述了镍锰基Heusler合金如何从头开始构建这种分层微观结构，只有一个关键参数：在原子水平上的基本构建块的tetraphenic失真。基于这个初始块，我们引入了五个连续层次的嵌套构建块。在每一层，一个更大的积木是通过孪生前一个形成的，以最大限度地减少相关的能量贡献。这自然解释了不同类型的孪晶界的出现。我们比较这种规模桥接方法的嵌套积木与实验中的真实和互惠空间。我们的方法嵌套积木是通用的，因为它可以应用到广泛的功能材料表现出无扩散转换。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and mechanical properties of constrained shape-memory alloy nanograins and nanowires
我们采用相场方法研究了纳米尺度下的马氏体相变。对于纳米系统，如嵌入刚性基质中的纳米线和纳米颗粒，几何约束和边界条件对马氏体形成有影响，导致新的微观结构-例如在正方形晶格上对齐的点，轴沿<01>-或完全阻止马氏体形成。我们还对纳米线进行了张力测试。应力-应变曲线与整体结果有很大不同。此外，它们受微结构的影响很小-具有不同微结构的纳米线的机械响应可能相似，而具有相同微结构的纳米线可能具有不同的机械行为。我们还观察到，在转变温度下，或略低于它，最宽的线表现为伪弹性，而较宽的线是在记忆形状制度。此外，屈服应力并不随宽度单调变化，它在中间宽度处有一个最小值。
2007-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Origin of stabilization of macrotwin boundaries in martensites
通过比较两种基于Ginzburg-Landau理论的模型，解释了马氏体中沿巨晶晶界复杂微结构稳定化的原因。第一个模型采用了几何非线性应变张量，以确保朗道能量是不变的刚体旋转下，而第二个模型使用的假设下，变形和旋转是小的线性应变张量。我们发现，在第二个模型中的近似并不总是适用于马氏体和沿宏晶边界的实验观测只能再现几何非线性（精确）理论。
2011-01-25 cond-mat.mtrl-sci
The weirdest martensite: Smectic liquid crystal microstructure and Weyl-Poincaré invariance
近晶相液晶是材料微结构的显著而美丽的例子，具有几何上完美的椭圆和双曲线的有序图案。在约束边界条件下用焦点二次曲线域填充三维空间的复杂问题的解决方案产生了一组严格的规则，这些规则类似于马氏体晶体中的相容性条件。在这里，我们提出的规则，使相容条件的同心圆域发现在二维近晶界面与平面边界条件。利用数值模拟生成的配置，我们开发了一个聚类算法分解成域的平面边界。不同区域之间的界面符合近晶相容条件。我们还讨论了我们的方法来描述完整的三维近晶域，其中的变体对称群是洛仑兹助推，平移，旋转，和双折射的Weyl-Poincaré群的推广。
2016-02-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Numerical investigation of the interaction between the martensitic transformation front and the plastic strain in austenite
采用相场法对经过塑性形变的奥氏体基体中的马氏体相变进行了模拟。为此目的，弹塑性相场方法的非相干MT开发在以前的工作[Kundin等。和物理固体59（2011）2012]。通过考虑奥氏体基体中位错的热湮灭和非热湮灭以及相变前沿的非热湮灭，扩展了位错密度场的演化方程。结果表明，MT引起的奥氏体塑性形变与变形前的塑性应变相互作用，导致位错密度不均匀增加。在相变过程中，形变奥氏体中的一部分位错被马氏体相继承，这种继承取决于马氏体相变的晶体学。另一部分位错在相变前沿湮灭，降低了生长马氏体中的位错密度。基于模拟结果，提出了马氏体和奥氏体基体中的马氏体分数和塑性形变对继承位错的唯象依赖性。
2014-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Size effects and idealized dislocation microstructure at small scales: predictions of a phenomenological model of Mesoscopic Field Dislocation Mechanics: Part II
本文的第一部分建立了一个细观塑性模型，用于研究小尺度塑性问题的初边值问题。在这里，我们定性，有限元方法为基础的计算预测的理论。我们证明了尺寸效应和发展的强不均匀性，在简单的剪切塑性约束颗粒。分析了弹性应变中的非局域性导致的强包辛格效应。研究了PMFDM的时间相关、空间齐次、简单剪切解的稳定性。从热循环的小规模梁/膜与不同程度的约束塑性流动的结果显示尺寸效应和倒数膜厚度缩放的位错密度边界层宽度。
2005-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Elastic energy driven multivariant selection in martensites via quantum annealing
本研究将量子退火应用于含长程相干应力与外载荷的马氏体微观结构多变体选择，以线弹性能最小化为基础分析多工况下的平衡变体分布，解释了变体畴界面取向与随机晶粒取向的变体响应规律。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci
A continuum approach to combined $γ/γ'$ evolution and dislocation plasticity in Nickel-based superalloys
单晶镍基高温合金的蠕变是近几十年来研究的热点问题，而现在的模拟方法越来越能够对实验进行补充。在这些合金中，$γ/γ'$相微观结构与负载下的位错系统共同演化，并且理解相互作用对于理解所得蠕变性质是必不可少的。因此，预测建模需要能够建模和模拟相和缺陷微观结构的多物理场框架。要做到这一点，我们制定了一个耦合模型相场演化和连续位错动力学，充分占统计存储和几何必要的位错。模拟的$γ/γ'$相微观结构与四个$γ'$变体和共同发展的位错微观结构被发现是在良好的协议与实验观察。蠕变应变曲线作为微观结构演化方程的自然副产品而获得，而不需要额外的参数拟合。我们进行模拟的$γ/γ'$演化为不同的位错密度，并建立微观结构演化的驱动力，通过详细分析不同的贡献的弹性和化学能量密度的变化。连同模拟和实验蠕变曲线之间的比较，这项调查揭示了控制的机制，定向粗化（筏）的过程中，并表明，筏动力学显着依赖于位错微观结构的特性。除了在恒定载荷下进行筏运外，我们还研究了载荷条件变化的影响，并探索了通过沿不同的载荷路径进行预筏运来改善蠕变性能的可能性。
2017-02-08 cond-mat.mtrl-sci
A model for the interaction of dislocations with planar defects based on Allen-Cahn type microstructure evolution coupled to strain gradient elasticity
在经典弹性理论中，位错的应力场具有$1/r$型奇异性。当这样的位错被认为是与一个艾伦-卡恩型相场描述的微观结构演化，这导致奇异的驱动力的序参量，导致在非物理（和离散化依赖）的预测之间的相互作用的位错和相，孪晶或晶界。我们引入了一个基于第一应变梯度弹性的框架来正则化位错核。它示出，使用的应变能量密度是二次的梯度的弹性形变的结果在非奇异应力，但可能会导致奇异的驱动力，而应变能，这是二次的梯度的全变形张量，正则化的应力和驱动力的序参量，因此是一个合适的选择。使用一个全面的例子证明了该框架的适用性。
2021-07-01 cond-mat.mtrl-sci
A link between microstructure evolution and macroscopic response in elasto-plasticity: formulation and numerical approximation of the higher-dimensional Continuum Dislocation Dynamics theory
微塑性理论和模型适用于解释和预测长度尺度上器件的机械响应，其中塑性形变的载体-位错-的影响不能被忽略或完全平均。为了在不解决每个单个位错的情况下考虑这些效应，已经开发了各种各样的连续描述，其中包括Hochrainer等人的高维连续位错动力学（hdCDD）理论（Phil. Mag. 87，pp. 1261-1282）采用不同的统计方法，并且包含通常仅包含在离散位错模型中的信息。我们提出了一个简洁的配方HDCDD在一般单晶塑性上下文中连同一个不连续的Galerkin计划的数值实施，我们评估的数值例子：拉伸和剪切载荷下的薄膜。我们研究了不同的实际边界条件的影响，并表明位错通量和它们的线的曲率是小尺度塑性的关键特征。
2015-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic simulation of martensite microstructural evolution during temperature driven $β\rightarrow α$ transition in pure titanium
钛及钛合金在温度驱动下发生马氏体相变，形成复杂的细观组织。优化这些材料的机械性能需要了解加工参数与微观结构形成和演变机制之间的相关性。在这项工作中，我们研究了温度诱导相变从BCC到HCP在纯钛的原子模型和调查的影响，局部应力条件对最终的马氏体形态。我们模拟了在不同应力条件下的转变，并进行了详细的分析，在过渡过程中使用的变形梯度图，表征局部晶格畸变的微观结构的演变。最终马氏体形态的分析显示了机械约束如何影响所选变体的数量和最终微观结构中缺陷的数量/类型。我们给洞察实验观察到的不同接口的起源和结构，如互变边界和反相缺陷。特别是，我们展示了反相缺陷如何起源于在过渡期间到达的双重简并洗牌位移，以及当局部应力阻止周围生长的马氏体核的基质的自由形状变化时，三重结的形成如何驱动织构演变。
2021-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nlin.PS
Data-mining of dislocation microstructures: concepts for coarse-graining of internal energies
位错塑性的连续体模型需要本构闭合假设，例如，通过将位错微观结构的细节与能量密度相关联。目前，还没有系统的方法从参考模拟（例如离散位错动力学或分子动力学）中导出或提取这样的信息。在这里，提出了一种新的数据挖掘方法，通过该方法可以从离散位错系统中提取能量密度数据。我们的方法依赖于一个系统的和受控的粗粒化过程，从而与感兴趣的长度尺度一致。对于数据挖掘，使用了从2D和3D离散位错动力学模拟生成的一系列不同的位错微观结构。数据集的分析结果在能量密度配方作为各种位错密度场的函数。该方法解决了位错微结构粗晶化过程中体素尺寸相关能量计算的长期问题。因此，它是任何连续位错动力学模拟的关键。
2020-12-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Martensite decomposition kinetics in additively manufactured Ti-6Al-4V alloy: in-situ characterisation and phase-field modelling
针对增材制造Ti-6Al-4V合金的非平衡α'马氏体组织性能缺陷，结合原位表征实验与高效相场模拟，揭示了其马氏体分解的动力学规律与组织演化特征。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Physical scaling laws in dislocation microstructures and avalanches from dislocation dynamics simulations
研究通过位错动力学模拟揭示位错 avalanche 的幂律统计特性，发现幂律指数与位错密度无关，但截断参数受位错密度影响，为塑性模型提供定量尺度定律。
2026-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Plastic Deformation of B19' Martensite: Where it Matters in NiTi Technology
Institute of Physics of the CAS（捷克科学院物理研究所）；Institute of Thermomechanics of the CAS（捷克科学院热力学研究所）
本文综述了NiTi合金中B19'马氏体通过kwinking机制（位错滑移基扭折辅以变形孪晶）实现优异塑性变形的独特现象，并讨论了其在NiTi技术中的应用和本构建模中的作用。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation Networks and the Microstructural Origin of Strain Hardening
当金属塑性变形时，随着显微组织的不断细化，位错的总密度随着应变而增加，导致应变硬化行为。在这里，我们报告的结形成过程中所发挥的基本作用，在面心立方（FCC）铜的位错微观结构演化和应变硬化率之间的连接，所揭示的离散位错动力学（DDD）模拟。在[001]加载过程中形成的位错网络由长度严格遵循指数分布的线段组成。这种指数分布是由不同滑移面上的位错形成的结的结果，其可以被建模为一维泊松过程。我们发现，根据指数分布，位错微观结构的演变是由两个无量纲参数，和硬化速率控制的稳定结形成的速度。通过在DDD模拟中选择性地禁用特定的结类型，我们发现在FCC晶体中的四种类型的结中，滑动结对应变硬化率做出了主要贡献。
2017-11-30 cond-mat.mtrl-sci
The role of phase compatibility in martensite
记忆合金的宏观性能是由马氏体相变形成的介观组织继承而来的。在立方相到正交相的转变中，与具有过渡层的常规奥氏体/孪晶马氏体界面相比，马氏体的单个变体对于一些特殊的晶格参数可以具有与奥氏体相容的（精确的）界面。在实验上，相compat，在热滞后的结果急剧下降，并在循环中产生非常稳定的功能特性。在这里，我们调查观察到的微观结构在Ti 50 Ni 50-xPdx合金，进行立方正交马氏体相变，使用三维相场方法。我们将表明，模拟结果与透射电子显微镜观察非常吻合。然而，热滞后下降的理解需要相变与塑性活动的耦合。我们将在热弹性的框架内讨论这一点，这是马氏体相变的一般特征。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Insights from a minimal model of dislocation-assisted rafting in single crystal Nickel-based superalloys
镍基高温合金在许多技术相关的高温应用中发挥着重要作用。理解和预测高温蠕变过程中相微观结构的演变以及位错微观结构的演变是迄今为止尚未完全完成的挑战。我们的二维耦合相场/连续位错动力学模型解释了微观结构的机制，这是重要的，在早期阶段的漂流在一个单晶系统。它显示了$γ/γ'$相和位错如何相互作用，从而产生真实的蠕变行为;不需要唯象拟合参数。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Work hardening behavior in a steel with multiple TRIP mechanisms
研究了具有两种TRIP机制的Fe-0.07C-2.85Si-15.3Mn-2.4Al-0.017N钢的TRIP行为。初始组织由ε-和α-马氏体组成，残余奥氏体为27%。在前5%的应变下，TRIP行为主要是奥氏体转变为ε-马氏体（第I阶段），但在第I阶段饱和时，ε-马氏体转变为α-马氏体（第II阶段）。合金偏析也影响TRIP行为与合金丰富的区域产生TRIP颈缩之前。第一性原理计算表明，铝显著影响Fe-Mn-Al-C钢的层错能，使不稳定的层错能降低，ε-马氏体更容易形核。铝的加入也提高了本征层错能，使ε马氏体失稳，进一步变形时转变为α马氏体。两阶段TRIP行为产生了1.4的高应变硬化指数，并导致1165 MPa的极限拉伸强度和35%的断裂伸长率。
2012-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Effect of alloying and microstructure on formability of advanced high-strength steels processed via quenching and partitioning
研究了淬火配分（Q&P）工艺中合金化和显微组织对先进高强度钢（AHSS）成形性能的影响。对三种不同合金元素组合和残余奥氏体体积分数的Q&P钢进行了单轴拉伸和Nakajima试验。拉伸力学性能的测定，并绘制成形极限图（FLD）。对试样的显微组织进行了分析，发现残余奥氏体含量明显减少。它表明，所有的钢都能够积累更高的量的塑性应变时，使用Nakajima方法测试。所观察到的现象是有关的多轴应力状态和应变梯度通过板厚度导致残留奥氏体的快速转变，以及回火马氏体基体的能力，积累塑性应变。令人惊讶的是，具有最高残留奥氏体体积分数和最高拉伸延展性的Q&P钢在所研究的等级中显示出最低的可成形性。后一种观察结果与促进微裂纹形成的初始新鲜马氏体和应力/应变诱发马氏体的分数的最高总和有关。讨论了回火马氏体基体在Q&P钢成形过程中积累塑性形变的作用和能力。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Phase-field modeling of paramagnetic austenite-ferromagnetic martensite transformation coupled with mechanics and micromagnetics
提出了一种模拟磁性马氏体相变的三维相场模型。该模型考虑了顺磁性立方奥氏体到铁磁性四方马氏体的转变，因为它发生在磁性Heusler合金，如Ni 2 MnGa中，并且基于具有温度依赖系数的Landau 2-3-4多项式。顺磁-铁磁转变是通过内插作为铁弹畴的序参量的函数的微磁能来捕获的。该模型是在真实空间的有限元（FE）方法数值实现。在马氏体状态的有限元模拟表明，该模型是能够正确地夺回铁弹和磁性微观结构，以及外部刺激的影响。模拟结果表明，当施加磁场或压应力时，顺磁奥氏体向铁磁马氏体转变向更高的温度移动。的相变温度的变化对外部刺激的强度的依赖性也被揭露。磁热材料中的相变的模拟对于高能效磁热冷却装置的开发具有高度兴趣。
2022-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Phase field simulations of coupled phase transformations in ferroelastic-ferroelastic nanocomposites
我们使用相场模拟来研究由两种不同的铁弹材料制成的复合材料（例如，两种类型的马氏体）。一种材料由于相变而产生的变形可以弹性地影响另一种成分，并使其也发生相变。我们表明，相变，然后可以发生在其正常的临界温度以上，甚至高于此温度在纳米复合材料比在散装复合材料。微观结构取决于温度、层的厚度以及两种成分的晶体结构-某些纳米复合材料表现出在块状复合材料中没有发现的微观结构的巨大多样性。此外，马氏体孪晶的周期性可以基于几何形状而变化超过1个数量级。关键词：Ginzburg-Landau，马氏体相变，多铁性，纳米结构，记忆合金
2009-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Statistical analysis of Discrete Dislocation Dynamics simulations: initial structures, cross-slip and microstructure evolution
本研究利用discrete-to-continuous（D2C）数据挖掘框架定量分析交滑移在拉伸与弛豫过程中对位错微观结构演化的影响，并考察域平均分辨率对位错密度和曲率场的作用。
2023-07-11 cond-mat.mtrl-sci stat.AP
The Peierls--Nabarro FE model in two-phase microstructures -- a comparison with atomistics
本文评价定性以及定量的准确性最近提出的Peierls-Nabarro有限元（PN-FE）模型的位错通过直接比较与等效的分子静力学模拟。为此，被认为是一个二维的微观结构试样进行简单的剪切，由一个中央软相两侧的两个硬相区域。采用等晶格间距的六角原子结构，原子间的相互作用用Lennard-Jones势描述，其能阱具有特定的相深度。在加载过程中，刃位错偶极子集中在软相的介绍，其中进展的相边界，在那里他们堆积。在足够高的外部剪切载荷下，主导位错最终被传递到更硬的相。均匀化的PN-FE模型校准到原子模型的有效弹性常数和滑移面的性质，从简单的均匀变形。为了研究不同配方的滑移面潜力的影响，采用多种方法，从一个简单的正弦函数的切向disregistration到一个复杂的模型，耦合的切向和正常的disregistration的影响。所得结果表明，定性地，位错结构，位移，应变场，和位错的演化被充分捕获。然而，PN-FE模型的简化导致位错核心内的一些差异。这种差异在位错传输过程中起着主导作用，因此无法定量地正确捕获。尽管它的简单，PN-FE模型被证明是一个优雅的工具，在两相微观结构中的刃位错行为的定性研究，虽然它可能无法定量预测。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Branching of twins in shape memory alloys revisited
本文研究了记忆合金中出现在奥氏体和马氏体界面处的孪晶分支。在三维非线性弹性理论的框架内，我们提出了一个明确的，低能量的分支结构的建设，一般适用于任何形状记忆材料的马氏体的对称类或界面的几何参数没有限制。我们表明，建议的建设遵循预期的能量标度律，即，（由于孪晶的表面能足够小）支化导致能量降低。此外，可以修改该结构以捕获实验观察到的微结构的不同特征，而不违反该标度律。通过使用数值计算程序，我们表明，所提出的建设是能够预测现实的孪晶宽度和分支代数的Cu-Al-Ni单晶。
2019-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Free energy function of dislocation densities by large scale atomistic simulation
本文讨论了复杂位错微观结构的自由能，它是连续塑性的一个基本性质。在过去的文献中，已经提出了多个模型的位错的自能，部分相互矛盾。为了深入了解位错微观结构和与它们相关的自由能之间的关系，而不是基于理论或现象学参数导出模型，在这里，这些量使用大规模分子动力学模拟直接测量。使用纳米压痕来诱导塑性，纳米压痕作为由局部变形引起的位错成核和增殖的结果而产生位错的不均匀分布。使用这种方法，位错密度和自由能的测量是从头算的，因为只有原子间势定义了系统对施加的变形的反应。模拟结果强烈支持标量位错密度和自由能之间的线性关系，这可以很好地相关的直位错的机械能的经典模型，即使对于复杂的位错网络在这里考虑。
2015-12-09 cond-mat.mtrl-sci
On the Origin of Plasticity-Induced Microstructure Change under Sliding Contacts
离散位错塑性（DDP）计算进行了调查的响应的单晶接触的刚性正弦粗糙体在滑动加载条件下，寻找微观结构的位错结构的变化的原因。的机械驱动程序被确定为晶格旋转和存储的能量在地下，这可以定量相关的最近的摩擦学实验观察的发展。从DDP计算不同的接触尺寸和法向载荷获得的表面滑移起始和基底永久变形的地图建议了针对各种摩擦载荷优化定制界面和微观结构材料特性的方法。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Multiferroic Microstructure Created from Invariant Line Constraint
本文通过自支撑外延磁性形状记忆薄膜证明马氏体微结构由不变线约束决定，并发现有限尺寸效应经多铁性耦合产生棋盘状磁畴图案，揭示了尺寸效应在多铁性材料中的关键作用。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The interplay of local chemistry and plasticity in controlling microstructure formation during laser powder bed fusion of metals
金属部件的增材制造（AM）通过在多个长度尺度上的高设计灵活性和精度以及惊人的机械性能组合，有望实现比传统制造工艺更大的优势。表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。一个自然的前兆是识别加工路径对发展中的微观结构的影响。我们结合AISI 316L不锈钢的单轨道激光粉末床融合（LPBF）扫描，有限元分析和大规模三维离散位错动力学模拟的实验研究，以提供对导致增材制造金属中异质缺陷结构形成的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，位错滑移在凝固细胞壁的中断是负责细胞位错结构的形成，突出的增材制造组件的塑性形变的溶质偏析的意义。这项工作提供了一个机制的角度对异质微观结构的形成，并打开了一个可靠的预测增材制造零件的机械性能的潜力。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Effect of heavy ion irradiation on microstructure and electron density distribution of zirconium alloy characterised by X-ray diffraction technique
采用不同的X射线衍射线轮廓分析（XRDLPA）技术对Zr-1.0%Nb-1.0%Sn-0.1%Fe合金辐照后的显微组织进行了分析。用Williamson-Hall技术、修正Rietveld分析和双Voigt方法估算了辐照合金的畴尺寸、微应变、位错密度和层错几率随剂量的变化。位错密度随辐照剂量的增加有明显的变化。分析还估计了辐照后主要滑移面中位错的平均密度。首次用X射线衍射技术确定了辐照引起的电子密度分布的变化。我们可以估计的平均位移的原子和晶格应变所造成的辐射从电子密度分布的变化，如观察到的等高线图。
2006-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Inferring Dislocation Microstructures from X-ray Diffraction via Cross-Modal Contrastive Learning
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation（跨学科先进材料模拟中心）；Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出跨模态对比学习框架，从X射线衍射图谱直接预测三维位错结构，通过共享潜在空间对齐结构-衍射表示，约500个代表性样本即可实现准确预测。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
In-situ nitriding of Fe2VAl during laser surface remelting to manipulate microstructure and crystalline defects
为目标应用定制复杂材料的物理性能需要优化影响电和热传输以及机械性能的微观结构和晶体缺陷。激光表面重熔可以用来改变块体材料的亚表面微观结构，从而局部控制其性能。在这里，我们介绍了一种方法来执行重熔在活性氮气氛中，以形成氮化物和诱导偏析的氮的结构缺陷。这些缺陷是由于Fe_2VAl化合物的快速凝固引起的，Fe_2VAl化合物是一种很有前途的热电材料。先进的扫描电子显微镜，包括电子通道对比度成像和三维电子背散射衍射，是由原子探针断层扫描补充，以研究晶体缺陷的分布及其局部化学成分。我们揭示了一个高密度的位错，这是稳定的，因为它们的字符作为几何必要的位错。在这些位错和小角度晶界，我们观察到氮和钒的偏析，这可以通过在氮气氛中反复重熔来增强。我们建议这种方法可以推广到其他增材制造工艺，以促进局部偏析和沉淀状态，从而操纵物理性能。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Discrete Dislocation Dynamics Modeling of Nanotwinned Materials: Orientation Effects in a Multilayer Twinned Structure of Copper
Applied Mechanics and Structure Safety Key Laboratory of Sichuan Province, School of Mechanics and Aeronautics（四川省力学与结构安全重点实验室，力学与航空学院）；Department of Materials Science and Engineering, Institute of Materials Simulation WW8, Friedrich-Alexander University of Erlangen-Nuremberg（埃尔朗根-纽伦堡大学材料工程系，材料模拟研究所WW8）；Institute of Mechanics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院力学研究所）
本研究通过位错动力学建模探讨纳米孪生铜多层结构中孪界取向对变形的影响，揭示了孪界在不同变形机制中的各向异性特征。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Deformation band patterns and dislocation structures in finite strain crystal viscoplasticity
基于位错密度演化的有限应变晶体粘塑性模型，研究了单晶与多晶在强潜在硬化下的变形带图案化现象，并引入应变梯度塑性解决微结构尺寸对网格的依赖性。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution of compressed micropillars investigated by in situ HR-EBSD analysis and dislocation density simulations
随着系统尺寸的减小，金属的力学性能和主要变形机制发生变化。对于更大的尺度，观察到散装行为，其特征在于通过保存和显着增加的位错含量在变形过程中，而在亚微米尺度非常本地化的位错活动，以及观察到位错饥饿。在过渡区，位错含量是如何形成的尚不清楚。这种位错存储机制及其物理机制仍然是一个开放的研究领域。本文分析了具有$1$晶向和不同尺寸的单晶铜微柱在压缩载荷下的微观结构演变。实验原位HR-EBSD测量以及三维连续位错动力学模拟。实验结果为研究连续加载过程中材料的变形和位错结构的演化提供了依据。这是补充考虑位错动力学，相互作用和反应的个别滑移系统提供直接访问这些数量的位错密度演化的模拟。结果表明，如何塑性形变的材料发生，以及如何不同的滑移系参与。一个重要的发现是，在加载过程中，系统中储存的GND密度的量增加，主要位于不主要负责产生塑性滑移的滑移系统上。这可能是所考虑的尺寸制度的特征，其对进一步的位错网络形成和对塑性硬化的相应贡献具有直接影响。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Thermal Stability of the $α/ω$ Microstructure in Shocked Zr: Coupling between defect state and phase transformation
在高压下，Zr经历从其环境平衡六方密堆积$α$相到简单六方$ω$相的转变。随后卸载到环境条件不会完全逆转到$α$相，而是保留显著的$ω$。先前，$ω$相的热稳定性是通过在443、463、483和503 K下冲击至8和10.5 GPa的Zr样品的等温退火的原位同步加速器X射线衍射分析来研究的。定量跟踪相体积分数，半定量跟踪位错密度。趋势包括从$ω\toα$的快速初始（瞬时）转化率，随后是平稳状态，达到新的亚稳态，保留较少的$ω$（渐近）。在开始认真的反向转变之前，观察到$ω$相中位错密度的显著降低，从而导致$ω\toα$转变被$ω$相中的缺陷阻碍的假设。作为这项工作的延续，我们提出了一个温度依赖的模型，耦合去除位错的$ω$相和逆变换通过势垒能量，这是与剩余的位错的自由能。在$ω$相中位错的减少作为滑移和攀移控制过程的总和而发生，这两者分别决定了退火过程的瞬态和渐近行为。
2018-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Connecting strain rate dependence of fcc metals to dislocation avalanche signatures
该研究通过位错动力学模拟揭示了面心立方金属在不同应变率下的位错行为，展示了应变率如何影响位错雪崩的大小和分布，从而解释了材料变形的速率敏感性机制。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci
Irreversible evolution of dislocation pile-ups during cyclic microcantilever bending
本研究通过铜单晶微悬臂梁双向弯曲实验结合位错密度建模，发现循环弯曲中形成的位错塞积具有不可逆性，短程位错相互作用是主导因素，为微米尺度包辛格效应和应变硬化提供了机理解释。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Decoupling dislocation multiplication and velocity effects in metals at extreme strain rates
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Iowa State University（爱荷华州立大学）
研究揭示金属在极端应变率下，位错乘法和速度效应分别主导硬化行为，位错密度影响硬化机制，实验显示应变率10^7/s时出现硬化拐点。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Dislocation saturation in slip rate driven processes and initial microstructure effects for large plastic deformation of crystals
本文分析位错密度模型中滑移速率驱动过程的稳定性，揭示饱和位错密度与初始微观结构对硬化、软化及尺寸效应的作用，并通过微柱压缩模拟验证其捕捉小尺度微观演化的能力。
2025-07-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
An integrated full-field model of concurrent plastic deformation and microstructure evolution: Application to 3D simulation of dynamic recrystallization in polycrystalline copper
在高温下的许多时间依赖性变形过程产生显著的并发微观结构变化，可以以深刻的方式改变机械性能。这种微观结构的演变通常是缺乏中尺度变形模型和模拟。在这里，我们提出了一个集成的全场建模方案，耦合的机械响应与底层的微观结构的演变。作为第一个演示，我们集成了基于快速傅立叶变换的弹粘塑性（FFT-EVP）模型与相场（PF）再结晶模型，并进行三维（3D）模拟多晶铜的动态再结晶（DRX）。FFT-EVP和PF之间基于物理的耦合是通过以下方式实现的：（1）在FFT-EVP中采用基于位错的本构模型，其允许将预测的位错密度分布转换为存储的能量分布并传递到PF，以及（2）实施用于DRX的随机成核模型。与实验DRX应力-应变曲线校准，集成模型能够提供全场的力学和微观结构信息，从DRX可以实现定量描述和分析。有人建议，DRX的启动发生显着早于以前的预测，由于非均匀变形。DRX晶粒被揭示为在晶界和结（例如，四重连接），并且在生长期间倾向于保持与旧晶粒的三线。由此产生的应力重分布被发现有深远的影响，随后的位错演化和软化。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
