第一性原理计算：MgO/奥氏体界面热应力及其影响

本文主要探讨了MgO（氧化镁）与奥氏体（一种常见的铁碳合金相，如钢中的主要相）界面的热应力的计算，基于第一性原理和密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）。作者韦童、侯延辉和刘林利，来自武汉科技大学材料与冶金学院，他们利用先进的计算方法——VASP软件包，替代传统的实验测量，以提高计算效率并精确获取MgO的弹性模量和热膨胀系数等关键物理性质。 首先，他们通过第一性原理计算，这是一种从量子力学基础出发，直接计算材料属性的方法，无需依赖经验公式或实验数据。这种计算方法能够提供更为准确且深入的理解，避免了实验方法可能存在的时间消耗和操作复杂性。计算结果显示，MgO的弹性模量和热膨胀系数与奥氏体之间存在显著差异，这为后续的热应力分析提供了基础。 接着，作者构建了一个球状模型来模拟MgO/奥氏体界面的应变能，这有助于揭示热应力如何影响铁素体（奥氏体在冷却过程中的另一种可能转变相）形核的过程。他们发现，MgO/奥氏体界面的热应力对形核驱动力的影响相对有限，一般情况下，只有当存在不规则夹杂物或化学驱动力较弱（即温度接近临界溶解度Ar3以下）时，这种影响才会显著增大。夹杂物与母相之间的线膨胀系数差异导致夹杂物附近区域的应变能极高，这可能是影响铁素体形核的一个重要因素，表明应变诱导机制在解释此类现象上是合理的。 本研究不仅深化了我们对MgO/奥氏体界面热应力的理解，还为设计和优化金属材料的微观结构，特别是控制铁素体形核行为提供了宝贵的理论依据。第一性原理计算在材料科学中的应用日益重要，它展示了理论计算在解决实际问题中的强大潜力和准确性。