Statics and Dynamics of Alloy Phase Transformations

مطالعه تبدیل‌های فاز در آلیاژهای جایگزین، از جمله پدیده‌های بی نظمی و تحولات ساختاری، نقش مهمی در درک خواص فیزیکی و مکانیکی مواد و در طراحی آلیاژهایی با ویژگی‌های مهم فن‌آوری مورد نظر دارد. در واقع، بیشتر خواص فیزیکی، از جمله خواص تعادلی، انتقال، مغناطیسی، ارتعاشی و همچنین خواص مکانیکی آلیاژها اغلب توسط وجود ترکیبات مرتب شده و به وقوع دگرگونی‌های ساختاری کنترل می‌شوند و بسیار حساس هستند. به همین ترتیب، طراح آلیاژی که با وظیفه پردازش مواد جدید با کارایی بالا با خواصی که کاربردهای صنعتی خاص را دارند، باید به این سؤال پاسخ دهد: ساختار کریستالی و پیکربندی اتمی که یک آلیاژ ممکن است در دما و غلظت معین از خود نشان دهد چیست؟ معمولاً پاسخ در نمودار فاز یک سیستم مربوطه جستجو می‌شود که اغلب به صورت تجربی تعیین می‌شود و بینشی در مورد مکانیسم‌های زیربنایی ایجاد کننده پایداری فاز ارائه نمی‌کند. به دلیل ماهیت نسبتاً خسته کننده و بسیار پرخطر توسعه مواد جدید از طریق تکنیک های متالورژی معمولی، تلاش زیادی برای ابداع روش هایی برای درک مکانیسم های کنترل کننده تبدیل فاز در سطح میکروسکوپی انجام شده است. این تلاش‌ها از طریق توسعه مدل‌های نظری کاملاً از ابتدا و دقیق، همراه با ظهور روش‌های تجربی جدید و قابلیت‌های ابررایانه قدرتمند تقویت شده‌اند.

The study of phase transformations in substitutional alloys, including order­ disorder phenomena and structural transformations, plays a crucial role in understanding the physical and mechanical properties of materials, and in designing alloys with desired technologically important characteristics. Indeed, most of the physical properties, including equilibrium properties, transport, magnetic, vibrational as well as mechanical properties of alloys are often controlled by and are highly sensitive to the existence of ordered compounds and to the occurrence of structural transformations. Correspondingly, the alloy designer facing the task of processing new high-performance materials with properties that meet specific industrial applications must answer the following question: What is the crystalline structure and the atomic configuration that an alloy may exhibit at given temperature and concentration? Usually the answer is sought in the phase-diagram of a relevant system that is often determined experimentally and does not provide insight to the underlying mechanisms driving phase stability. Because of the rather tedious and highly risky nature of developing new materials through conventional metallurgical techniques, a great deal of effort has been expended in devising methods for understanding the mechanisms contrOlling phase transformations at the microscopic level. These efforts have been bolstered through the development of fully ab initio, accurate theoretical models, coupled with the advent of new experimental methods and of powerful supercomputer capabilities.