应变玻璃窄滞后超弹性性能的相场模拟与实验研究

Strain glass is a new form of glass state found in shape memory alloys[PRL 95,205702(2005)]. It is a frozen state of local lattice strains. Being different from a normal martensitic crystal, strain glass exhibits novel properties such as nano-martensitic domains, frenquency dispersion, slim hysteresis. These features indicate that strain glass may have a potential for fundamental research and promising applications. However, the study about mechanism of strain glass transiton is still unclear, which restricts the development of new strain glass alloys. Recently established strain glass model and simulation [PRL 105,205702(2010)] which assumes that point defects alter the theromdynamic stability of martensite and create local lattice distortion,provide a opportunity to study strain glass and related novel properties. Beased on previous study, oiur projedt will focus on the study of the role of different defects on strain glass transition and develop novel mechanical properties with slim hysteresis and large temperature range. The proposed project will integrate experimental and simulation study, to explore dislocation/precipitates induced new strain glass alloys; and to explore superelastic behavior with nearly vanishing hysteresis and wide temperature range in shape memory alloys through experimental measurements and computer simulations.

应变玻璃态是在形状记忆合金中发现的一种新的局部晶格应变被冻结的无序态[PRL 95, 205702(2005)]，并且表现出不同于正常马氏体的功能特性特性，如纳米畴结构、频率弥散特性、窄滞后等，这些特性表明应变玻璃转变在基础研究和新材料开发上的巨大潜力。如何通过应变玻璃的功能特性来开发窄滞后超弹性合金，即如何通过引入广义缺陷来控制形状记忆合金中的应变玻璃转变行为，并通过应变玻璃转变的功能特性来开发和设计大应变、窄滞后、宽温域超弹性性能的形状记忆合金在基础和应用研究方面都有重要价值。应变玻璃转变微观物理模型的建立以及相场动力学模拟的方法的完善[PRL 105,205702(2012)]为解决上述问题提供了可能。因此，本项目拟在已有的研究基础上，通过理论与实验相结合的方法，研究广义缺陷在应变玻璃转变中的作用，建立缺陷，应变玻璃和窄滞后超弹性性能的相场模型，指导实验开发和设计窄滞后超弹性材料。

应变玻璃态是一种纳米级马氏体畴被冻结的无序态，这种纳米级马氏体畴可能蕴含着不同于宏观马氏体畴的特性，使得应变玻璃转变在基础研究和新材料开发上的巨大潜力。然而关于广义缺陷诱发的应变玻璃转变的物理本质的研究还不完善，这限制了设计和开发高性能应变玻璃合金。为此，本项目在已有的研究基础上，通过理论与实验相结合的方法，研究广义缺陷在应变玻璃转变中的作用并建立完整的应变玻璃转变机制；揭示应变玻璃合金的奇异力学性能并揭示其物理机制。得出以下结论：.1) 通过引入缺陷强度因子（缺陷畸变/相变应变），解释了不同缺陷掺杂产生应变玻璃转变所需缺陷浓度不同的原因，发现了掺杂所产生的畸变强度的大小是应变玻璃转变的本质，畸变强度相对于马氏体相变应变的大小是决定材料是否产生应变玻璃转变的条件，建立了缺陷强度相变相图，解释了NiTi合金中R纳米畴出现的原因。.2) 通过实验结合相场动力学模拟，发现了应变玻璃材料窄滞后、宽温域、超弹性力学行为以及不变模量行为。进一步的分析显示窄滞后超弹性的物理本质是：局部应力场弥散分布造成的连续马氏体纳米畴的形核与长大；不变模量来源于应变玻璃态下高密度的马氏体/奥氏体界面。.本项目发表SCI国际期刊论文10篇，包括Acta Materialia 3篇、Scientific Reports 2篇、Physical Review B 2篇、Physical Review Letters 1 篇、Journal of Alloys and Compounds 1 篇、 Applied Physics Letters 1篇。项目组成员参加国内外学术会议4次并做报告。.本项目的研究结果建立了缺陷强度vs.应变玻璃转变的模型，并揭示了应变玻璃材料高性能化的物理本质，为开发新型高性能应变玻璃材料提供了依据。