Development of multiscale alloy strength simulator based on dislocation-precipitate interactions

基于位错-析出物相互作用的多尺度合金强度模拟器的开发

基本信息

批准号：
21K11924
负责人：
高橋昭如
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

令和3年度に開発した重合メッシュ法（以下SFEM）と転位動力学法を組み合わせた合金強度シミュレータを用いて，合金の強度に対する析出物の形状や分布の影響のシミュレーションを実施した．体積の等しい球状の析出部と円盤状の析出物が転位の運動に与える抵抗（臨界分解せん断応力）を計算した．その結果，転位のすべり面の位置により臨界分解せん断応力の大きさは変化するが，臨界分解せん断応力の最大値を比較すると，球状析出物の方が転位に対して強い抵抗を与えることが分かった．さらに，析出物の体積分率を変化（最大で1%）させた合金の微視組織のモデルをSFEMを用いて作成し，析出物の体積分率と分布の影響を調べた．析出物の体積分率が大きいほど，転位が移動するために必要な臨界分解せん断応力が大きくなることを確認した．また，同じ体積分率であっても臨界分解せん断応力は広く分布することを確認した．特定の体積分率において，最大と最小の臨界分解せん断応力をとるケースを確認したところ，析出物が比較的密になっているすべり面を移動する場合は臨界分解せん断応力が大きくなり，析出物が疎に分布しているすべり面を移動する場合は臨界分解せん断応力が小さくなることを確認した．また，析出物を分布させたモデルにおいても，球状の析出物が分布した場合の方が円盤状の析出物が分布した場合よりも臨界分解せん断応力が高くなることがわかった．しかし，両者の差は，転位が一つの析出物と相互作用する場合と比べて小さくなっていた．これは，球状の析出物よりも円盤状の析出物の方が転位とぶつかる確率が高いためであると考えられる．このように析出物の形状と分布が合金強度に対して重要な役割を果たしていることを確認した．

利用2021年开发的结合了聚合网格法（SFEM）和位错动力学方法的合金强度模拟器，我们对析出物的形状和分布对合金强度的影响进行了模拟。计算等体积的球状析出物和圆盘状析出物对位错运动的阻力（临界分辨剪切应力）。结果，临界分解剪切应力的大小根据位错滑移面的位置而变化，但当比较临界分解剪切应力的最大值时，发现球状析出物对位错具有更强的抵抗力。此外，我们使用 SFEM 创建了析出物体积分数变化（最高 1%）的合金微观结构模型，并研究了析出物体积分数和分布的影响。已证实，析出物的体积分数越大，位错运动所需的临界分辨剪切应力越大。我们还证实，即使在相同的体积分数下，临界解析剪切应力也广泛分布。我们确认了在特定体积分数下取最大和最小临界分辨剪应力的情况，发现当析出物在相对致密的滑移面上移动时，临界分辨剪应力变大，并且析出物得到确认当在分布稀疏的滑移面上移动时，临界解析剪应力变小。另外，即使在析出物分布的模型中，也发现球状析出物分布时的临界解析剪切应力比盘状析出物分布时的临界解析剪切应力高。然而，两者之间的差异小于位错与单个沉淀物相互作用时的差异。认为这是因为圆盘状析出物与球状析出物相比与位错碰撞的概率高。由此证实析出相的形状和分布对合金强度起着重要作用。