要: 采用分子动力学模拟方法，本论文对铁-碳合金中不同碳浓度下的奥氏体-马氏体 相变进行了研究.我们首先对用于描述铁原子间相互作用的 MEYER-ENTEL 势进行了测 试，通过对晶格常数、原子间结合能、体弹模量等材料基本特性进行了测试并与理论值 进行了对比。通过一个升温/降温的过程，我们对原子含碳量为 0.3%的铁碳合金相变进 行了研究，对相变过程、相变路径和相变温度进行了表征，并讨论了铁-碳合金中相变温 度随碳原子浓度变化的规律。此外，采用骤冷的方法，我们提高了邻原子分析法的探测 效率。66333

关键词： 相变；分子动力学；铁碳相图

Molecular dynamics simulation of phase transition of iron - carbon system

Abstract ： Using molecular dynamics simulation, the austenitic and martensitic phase transition in Fe-C alloy system was studied. Firstly, the interatomic potential was tested by calculating the lattice constant, atomic cohesive energy and the bulk modulus of elasticity. The results were compared with theoretic values. In a temperature cycle, we studied the austenitic and martensitic phase transition in Fe-C alloy with a C concentration of 0.3 at%. The phase transition processing, pathway and critical temperature are analysed. We discuss the transition temperature dependency on C-Content. Furthermore, the efficiency of the common neighbor analysis (CNA) was enhanced by our “quenching” method.

Keywords: phase transition; molecular dynamics; iron carbon phase diagram

目录

1 绪论 1

1.1 研究的目的和意义 1

1.2 文献综述 1

1.2.1 钢铁的定义 1

1.2.2 钢铁的分类 2

1.2.3 铁碳合金的各相 2

1.2.4 相变 3

1.2.5 钢铁中的相变 4

1.2.6 相关文献 5

2 研究方法：分子动力学 7

2.1 分子动力学基础 7

2.1.1 分子动力学计算流程图 7

2.1.2 分子动力学原理 8

2.2 分子动力学模拟的系综 8

2.2.1 控温方法 8

2.2.2 控压方法 9

2.3 边界条件 9

2.4 原子间嵌入势 9

3 模拟方法 10

3.1 MEYER-ENTEL  势的测定 10

3.1.1 晶格常数和原子间结合能的测定 10

3.1.2 体弹模量的计算 10

3.1.3 空位形成能的计算 11

3.1.4 面心立方与体心立方的平衡温度计算 11

3.2 铁-碳体系的模拟 11

3.2.1 含碳量与晶格常数关系的模拟 11

3.2.2 铁碳体系中由温度引发的相变 12

3.2.3 相变温度与含碳量的关系 13

3.3 原子近邻分析法(CNA)的改善 14

3.4 模拟实例 14

4 模拟结果及讨论