ナノ結晶体の分子動力学シミュレーションに基づく超塑性の発現機構の解明

基于纳米晶分子动力学模拟阐明超塑性机理

基本信息

批准号：
10122215
负责人：
中谷彰宏
金额：
$ 0.7万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

超塑性変形時の材料の微視的組織の動力学的変化の解明のための基礎的研究として、ナノ多結晶体に対する分子動力学シミュレーションを実施し、以下の知見を得た。(1) 2次元モデルに対する引張変形の分子動力学シミュレーションにより、結晶配向の違いによって、挙動にぜい性的、あるいは、延性的といった違いが現れることがわかった。延性的な挙動は、主として、粒界移動、粒内転位の発生と運動、変形双晶の発達に関連して現れることがわかった。一方、ぜい性的な挙動は、ボイドの形成を伴って起こり、別に行なった有限要素解析の結果、強い特異性を示す三重点でのボイド発生が顕著に見られることがわかった。(2) 3次元モデルの引張変形の分子動力学シミュレーションにおいて粒径と最大応力との関係を調べた結果、ホール・ペッチの関係と逆の傾向を示すことがわかった。これは、実験で得られている知見と一致している。(3) ボロノイ分割を用いた3次元モデルの引張変形の分子動力学シミュレーションにおいて結晶粒の変形と回転および、マクロな変形挙動との関連を調べた。粒界移動と粒界を起点とする転位生成と同時に結晶粒の回転が生じていることがわかった。また、変形後の局所的なポテンシャルエネルギーの評価から、粒界が拡散的に広がっている傾向にあることがわかった。以上の結果は、現実の超塑性変形時に起こっているメカニズムを直接的に再現しているものではないと考えられるが、そのメカニズムを考察する一助となると考えられ、本研究を通じて、原子レベルシミュレーションの有効性が示されたと考えられる。

作为一项基础研究，旨在阐明材料在巨型变形过程中的微观结构的动态变化，进行了纳米晶体的分子动力学模拟，并获得了以下发现。（1）二维模型的拉伸变形的分子动力学模拟表明，晶体取向的差异会导致行为差异，例如脆性或延性。发现延性行为主要与晶粒边界运动，刻度脱位发育和运动以及变形双胞胎的发展有关。另一方面，随着空隙的形成发生了活力的行为，单独的有限元分析表明，三重点的空隙产生表现出很强的特异性，这是突出的。（2）在三维模型的拉伸变形的分子动力学模拟中，我们研究了粒度和最大应力之间的关系，并发现霍尔 - 奇偶奇之间的关系显示出与Hall-Petch相反的趋势。这与实验中获得的发现一致。（3）在使用Voronoi分裂的三维模型的拉伸变形的分子动力学模拟中，研究了晶粒变形与旋转与宏变形行为之间的关系。发现源自晶界的晶界移动和脱位与晶粒的旋转同时发生。此外，从变形后的局部势能评估中，发现晶界倾向于扩散。以上结果并未直接复制在实际质超变形过程中发生的机制，但认为它在考虑这种机制时很有用，并且人们认为原子水平模拟的有效性已通过这项研究证明。