欠陥核生成がもたらす材料の塑性変形の解析と強度の予測モデルの構築

缺陷成核引起的材料塑性变形分析及强度预测模型构建

基本信息

批准号：
19J10309
负责人：
佐藤悠治
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo (2020)Osaka University (2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

材料のナノインデンテーション試験にて生じる圧子の変位バースト現象であるpop-in現象の発生規模分布は、地震のそれに見られるようなべき乗則に従い、そのべき指数は1.5程度であるとされていたが、このべき指数の背景は不明瞭であった。そこで本年度は鉄の(100)面と(111)面、銅の(100)面について、各々ナノインデンテーションの実験1000回分のpop-in現象の発生規模について統計解析を実施した。最初に生じるpop-in（第一pop-in）は転位核生成に起因し、後続のpop-inは生成した転位のなだれ運動（転位アバランチ）に起因するとされていることから、本研究では第一pop-inと後続pop-inとに分けて各々の発生規模分布を算出した。その結果第一pop-inではガウス分布に似た分布となり、後続pop-inではべき乗則に従う分布となることが明らかとなった。さらに後続pop-in分布のべき指数はいずれの場合でも3.9以上となり、これまでに確認された結果や、マイクロ・ナノピラーの圧縮試験中の転位アバランチの分布でのべき指数（1.0～1.8）よりも高い値となった。圧縮試験でのべき指数との違いの要因を調べるためにナノインデンテーションの分子動力学解析を実施した結果、後続pop-inの分布が示す高いべき指数はナノインデンテーションで生じる不均一な応力や転位の分布に因ることが明らかとなった。また本年度は双晶についても取り上げ、マグネシウムの{10-12}双晶の境界移動過程に対して、非調和熱振動を考慮した自由エネルギー計算手法を用いて活性化自由エネルギーの温度依存性を求めた。得られた結果を調和近似を適用した遷移状態理論による予測結果と比較すると、せん断応力200、400MPa下の場合でそれぞれ温度100、150K以上にて差異が生じており、非調和熱振動の影響が大きく表れることが示された。

弹性现象的发生量表的分布是材料纳米构造测试中发生的缩进器的位移爆发现象，根据地震中看到的力量定律，确定为1.5，但该索引的背景尚不清楚。因此，今年，我们对（100）平面，（111）平面和（100）铜平面进行了1,000个纳米压力实验的弹出现象规模进行统计分析。由于最初的弹出式（首次弹出）是由于脱位成核引起的，因此随后的弹出式归因于生成的位错的雪崩（位错雪崩），因此在这项研究中，计算了第一个弹出式和随后的弹出式的每个首次弹出式尺度分布。结果，据透露，第一个弹出式发行的分布与高斯分布相似，而随后的弹出式弹出式弹出式弹出式弹出术具有遵循功率定律的分布。此外，在所有情况下，随后的弹出分布的功率指数均为3.9或更高，高于先前确认的结果，以及在微纳米乳突压缩测试（1.0至1.8）期间位错雪崩分布的功率指数（1.0至1.8）。为了研究压缩测试中与功率指数不同的因素，我们进行了纳米识别的分子动力学分析，并发现随后的弹出分布所示的高功率指数是由于纳米互动中发生的不均匀压力和脱位分布所致。今年，我们还讨论了双胞胎，并使用一种自由能计算方法确定了激活的自由能的温度依赖性，该方法考虑了与镁{10-12}双胞胎的边界运动过程相关的非谐波热振动。将所获得的结果与使用谐波近似的过渡状态理论进行比较，结果表明，对于200和400 MPa的剪切应力，在高于100和150 K的温度下发生差异，这表明非旋转热振动的影响很大。