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马氏体的微观形貌以及位错密度对指导和理解板条马氏体钢的机械性能起着至
关重要的作用。但由于板条马氏体相变晶体学模型的不确定性，对于板条马氏体
形成机理方面仍未有明确解释。而关于位错密度测量方面，Morito[1]
等人通过透
射电子显微镜（TEM）等方法测量了中碳钢中的位错密度，但由于板条马氏体
内部位错太过密集，盘错纠缠在一起，通过电镜观察很难准确计算其位错密度。
另外一种实验方法是 Ungar
[2]
等人提出的通过X 射线衍射的方法测量位错密度，
该方法的优点是避免了对局部露头位错线的观察， 而是通过一定区域的平均衍射
信息，从而计算位错密度。但该方法由于是一种统计平均的计算结果，所以容易
错过局部信息。
鉴于以上研究现状， 本课题拟从计算机模拟角度出发估算板条马氏体内部最
大位错密度。随着计算机技术的飞速发展，许多研究者开始借助于计算机模拟的
方法来研究板条马氏体中的微观结构演变， 不仅可以加深对组织变化机制的理解，
使现有理论的完善和新理论的产生， 还可以显著提高材料组织和优化材料制备工
艺效率，并且能够降低研发成本。相场法作为一种模拟晶粒长大的介观模型由于
其良好的界面环境而受到人们越来越多的关注。 本课题从板条马氏体相变晶体学
模型出发，引入相场法，假设板条马氏体内部所有的塑性形变全部来自于位错滑
移，从而估算板条马氏体内部最大位错密度。并与 X射线衍射的实验测量结果
进行对比，从而考察模型的有效性。
1.2 马氏体微观结构与相变晶体学
1.2.1 马氏体微观结构
铁基马氏体呈现出多种形态，如碟状，板条，薄片状和透镜状。其中，板条
状马氏体具有空前的工业重要性，因为它出现在大多数热处理商业用钢中。马氏
体板条的尺寸非常小，因此单独板条无法清楚地在光学显微镜下观察到。然而，由于板条马氏体有一种倾向， 这种趋向使它们在母相晶粒中大范围平行于另一个
排列，板条马氏体在光学显微镜尺度呈现出一定的微观结构特征。当前的观点认
为（图 1），一个奥氏体晶粒被分为马氏体束（该组板条具有相同的惯习面的），
并且每个马氏体束被进一步细分为马氏体块（该组板条具有相同的取向（相同变
体））[3]
。由于马氏体钢的强度与韧性与马氏体束和马氏体块大小（马氏体结构
内有效尺寸）密切相关，板条马氏体的形态和结体学特性具有非常重要的意义。
板条马氏体中位错数量级大， 测量方便所以测量板条马氏体中位错数量成为了一
项热门的研究。
对板条马氏体的深入研究理解是对许多金属材料微观结构设计与控制的重
要理论基础。其理论研究的一个重要方面就是马氏体的相变晶体学，这是我们理
解马氏体结构与其有关性能的重要依据。 1.2.2 板条马氏体相变晶体学
马氏体相变属于一级固态相变类型， 事实上它是利用点阵畸变来实现的一种
组织畸变，他的最终形态受马氏体的形态应变能和相变动力学所两重因素决定，
这其中特别重要的一点就是马氏体的点阵和其母相的点阵存在十分精确的的位
向关系， 也就是说马氏体相中存在着与母相密排面相似的面， 密排方向亦是如此。 1924 年，Bain 指出了体心立方结构可以视作存在于体心立方结构中的，