鲁尔大学波鸿分校 信用:CC0公共领域 材料的性能受到合金元素的强烈影响:在合金的基本成分之外添加元素会强烈影响合金的性能
在实践中，不仅添加哪些元素很重要，而且添加多少以及它们在主体晶格中如何排序也很重要
对于任何钢的基本成分——铁和碳——来说，马氏体钢中碳原子的浓度和顺序以及它们与铁主晶格的相互作用是由一组来自马克斯-普朗克艾森福尔斯中研究所(MPIE)和鲁尔-波鸿大学(鲁尔大学)的科学家分析的
科学家们研究了铁-碳钢中集体间隙有序化的机制，并确定了非简谐性和偏析如何影响有序化机制，从而影响材料的性能
他们最近的发现发表在《自然材料》杂志上
碳原子去哪里 “当碳原子进入马氏体钢的铁主晶格时，它们在铁原子之间扩散，并不占据铁原子在主晶格中的位置
然而，它们会产生影响整个晶格的应变场
理解由此产生的间隙有序化机制是设计超高性能钢的关键，因为它们从马氏体形成中获得强度，从而从集体间隙有序化中获得强度
提尔曼·希克尔
希克尔是MPIE大学“计算相位研究”小组的负责人，也是Dr
谢张，该书的第一作者
每个间隙原子，由于其尺寸和与主晶格原子的化学相互作用，产生局部应变场，使其邻近的主原子远离其原始晶格位置
“想象一下，在沙滩上把一根木棍插进沙子里，看着木棍如何取代周围的沙粒
当我们在铁晶格中加入碳时，也会发生同样的情况
希克尔解释说:“碳间隙原子穿过主晶格，在能量有利的地方排列有序，扭曲并硬化了先前的结构。”
高浓度的间隙导致有序/无序现象和晶格畸变，从而影响钢的整体性能
研究小组确定了影响间隙排序的两个因素
第一种是由铁晶格中的应变场引起的非简谐性引起的
由于这种非简并性，有序-无序转变的临界碳浓度降低了
为了理解铁原子在不同距离的位移，我们必须考虑碳间隙第一邻近位置的非简谐振动贡献
鲁尔-波鸿大学高级材料模拟跨学科中心的尤塔·罗加尔
影响间隙有序的第二个因素是碳向扩展缺陷的分离
这种偏析发生在低碳浓度时，在高碳浓度时由于有序马氏体中碳化学势的降低而被抑制
随着碳浓度的增加，碳在铁-碳马氏体中的化学势逐渐增加，直到0
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已达到%
然后由于有序-无序转变，它迅速减少
有序-无序转变 非简谐性水平和分离行为这两个因素对有序-无序转变起决定性作用
“这项研究的一个意想不到的结果是，仅仅分析整体碳原子的排列是不够的
相反，在主体中的碳浓度和它对扩展缺陷的分离之间发生了强烈的竞争
只有有了这种洞察力，才有可能获得对有序-无序转变的全面理解
这种竞争随着碳间隙原子浓度的增加而减少，因为扩展的缺陷只能引入有限数量的间隙原子
精确的浓度取决于缺陷的密度
在我们的计算中，并经实验证实，无序马氏体是由0
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% 1和2
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%
2以上
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形成了%有序马氏体，这提供了优于钢的强度
低于0
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MPIE大学计算材料设计系主任约格·纽格鲍尔教授解释说
在波鸿鲁尔大学进行的透射电子显微镜和原子探针断层扫描测量证实了理论计算
一般来说，准确的临界碳浓度取决于材料的微观结构和碳与特定扩展缺陷之间的结合能
所示的临界浓度范围为0
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% 1和2
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%不是万能的，而是取决于样品及其扩展的缺陷
然而，如果a)碳和扩展缺陷之间的确切结合能，和b)扩展缺陷可以包括的最大碳浓度是已知的，临界浓度可以精确计算
MPIE和鲁伯团队利用铁-碳合金作为其他相关系统的模型，展示了非简谐性和偏析在间隙有序化机制中的决定性作用
将非谐效应纳入有序-无序相变提供了一个新的材料预测模型，为设计超高性能钢铺平了道路
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