Al-Ni合金势函数优化及其马氏体相变机理研究

作     者：张哲 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：甄玉宝

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：Al-Ni合金 势函数优化 应力诱导马氏体相变 力学性能 微观结构 

摘      要：Al-Ni合金具有良好的形状记忆效应和高温性能，在航空航天等领域得到广泛应用。Al-Ni合金在一定条件下会发生马氏体相变，会改善其材料服役性能，深化其机理探索将提高其工业应用水平。当前对于Al-Ni合金马氏体相变机理研究多从实验方面开展，但因为固体材料实验研究在技术上的困难，通过实验揭示的规律还不充分，需要探索从其他角度研究其相变机理。 本论文采用分子动力学模拟研究Al-Ni合金马氏体相变机理。这种方法依赖性能良好的原子间相互作用势函数，以通过动力学计算手段预测合金的各种物理、力学行为。对于Al-Ni合金的势函数，本文采用第二近邻修正嵌入原子作用势（2NN-MEAM），选取影响材料性能的几个关键参数，利用基于遗传算法开发的势函数优化程序进行优化，得到了能更好模拟其马氏体相变的优化势函数，并基于该势函数从不同角度研究了Al-Ni合金马氏体相变机理。 论文首先研究了不同条件下Al-Ni合金热弹性马氏体相变。在温度循环条件下得到了相变回滞曲线，并观察到随升降温的作用合金结构的变化和马氏体的产生。通过改变材料成分，研究了不同材料配比对回滞曲线的影响，发现合金成分会改变相变的温度和能量的损耗。研究发现升降温速率会改变马氏体相变成核，从而对相变产生影响;但反复升降温对马氏体相变没有影响。 论文还研究了Al-Ni合金应力诱导马氏体相变。研究了产生应力诱导马氏体相变的温度条件，得到了相应的相变回滞曲线。通过改变材料成分配比，研究了不同成分下应力诱导马氏体回滞曲线，发现不同温度和成分对马氏体相变的影响规律。论文还发现疲劳荷载作用会对应力诱导马氏体相变产生影响。 论文最后研究了马氏体机械性能，从宏观角度分析了合金力学性能与材料成分和温度的关系，研究发现材料成分和温度会影响马氏体的微观结构从而使合金的力学性能发生改变。