动态加载下极端应变率铁基单晶的相变

铁的相变作为动态加载下马氏体相变的原型，在不同压力介质和加载速率的实验中，即使在相同的初始样品中，其相变压力（TP）也表现出巨大差异。在理解动态加载下TP对应变或应力的依赖性方面已取得重大进展。然而，目前对TP应变率依赖性的理解还远未清晰，对于极高应变率而言甚至是一片空白。在这项工作中，我们进行了大规模非平衡分子动力学（NEMD）模拟，以研究应变率对铁基单晶相变的影响。我们的结果表明，相变之前在斜坡压缩下会出现晶格不稳定性，但以修正Born准则为代表的现有理论无法正确预测观察到的不稳定性起始。通过同时考虑应变和应变梯度扰动，我们提出了新的不稳定性准则，该准则可普遍应用于研究静态或动态加载下的不稳定性。对于应变率小于约$10^{10}\text{s}^{-1}$的斜坡，观察到的不稳定性起始确实等于小梯度扰动下新不稳定性准则预测的起始。在更大应变率下，由于有限应变梯度效应，观察到的起始偏离了预测值。有趣的是，TP的应变率依赖性在相同应变率（即$10^{10}\text{s}^{-1}$）下也表现出明显变化。当小于$10^{10}\text{s}^{-1}$时，遵循某一幂律，但在更大应变率下该规律不再适用。TP的这种应变率效应可通过成核时间与有限应变梯度效应得到很好的解释。基于这些基本理解，我们研究了应变率对相变成核与生长的作用。