計算科学手法を用いた空孔型欠陥の定量的評価に基づく水素脆化モデルの検証

使用计算科学方法基于空位型缺陷的定量评估氢脆模型的验证

• 批准号: 19K05069
• 负责人: 海老原 健一
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K05069/
• 关键词: 水素脆化; 水素助長ひずみ誘起空孔モデル; 分子動力学; 反応拡散方程式; 昇温脱離スペクトル; 空孔クラスター; 機械学習ポテンシャル; き裂進展; 転位; 水素助長格子脆化モデル

鉄鋼材料の遅れ破壊は水素脆化が原因と考えられており、その機構の理解に基づく脆化予測・予防が望まれている。水素脆化機構の１つとして、水素とひずみで生成された空孔や空孔クラスターの空孔型欠陥そのものを要因と考える水素助長ひずみ誘起空孔（HESIV）モデルが、実験事実に基づき提案されている。しかし、その具体的な素過程は明確でなく、実験による定量的評価も困難である。本研究では、HESIV モデルの検証のため、原子レベルの計算科学的手法で評価したパラメータを用い、空孔型欠陥の挙動及びその水素トラップ挙動を考慮した反応拡散方程式で水素昇温脱曲線をシミュレーションし、水素脆化条件下で生成される空孔型欠陥のサイズ分布の評価を試みる。さらに空孔型欠陥のき裂への影響を原子レベルで解析し、脆化を生じさせる空孔型欠陥のサイズの評価を目指す。本年度は、これまで開発した水素昇温脱離スペクトルの計算コードの妥当性を見るため、既に報告されている水素の存在を考慮した空孔生成過程のシミュレーションを、同計算コードによって実施した。計算では、DFTを用いて新たに評価した空孔拡散係数及び空孔クラスターからの空孔解離エネルギーを用いた。結果として、空孔型欠陥の水素トラップ・デトラップの速度定数及び空孔移動が始まるトラップ水素量を適切に選ぶことで、既報のシミュレーション結果とほぼ同様の結果を得られることが分かった。また、機械学習ポテンシャルを用いた分子動力学によるα鉄における粒内割れシミュレーションにおいて、直線状のき裂とコイン形状のき裂の進展の様子を比較することで、エネルギー的に若干割れにくい{100}面での割れが、より割れやすい{110}面より実験において多く観測される理由が、き裂先端の自然な乱れのためであることが明らかとなった。

Iron and steel materials are damaged due to water embrittlement, and the causes and mechanisms of embrittlement are investigated. Water embrittlement mechanism 1. Water embrittlement mechanism 1. Water embrittlement mechanism 2. Water embrittlement mechanism 3. Water embrittlement mechanism 4. Water embrittlement mechanism 5. Water embrittlement mechanism 6. Water embrittlement mechanism 7. Water embrittlement mechanism 7. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 7. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 7. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism 8. Water embrittlement mechanism 9. Water embrittlement mechanism It is difficult to evaluate the concrete process clearly and quantitatively. In this study, the HESIV model was evaluated by computational science methods, including the evaluation of the distribution of void defects, void defects and water element defects, considering the inverse dispersion equation, the water element temperature curve, and the water element embrittlement conditions. In this paper, the influence of void defect and crack is analyzed, and the evaluation of void defect is pointed out. This year, we have developed a new method for calculating the temperature and temperature of water elements. We report that the existence of water elements is considered in the process of void formation. Compute the hole dispersion coefficient and hole dissociation coefficient using DFT. The results show that the velocity of the water element in the hole and the movement of the hole are determined according to the appropriate selection of the water element in the hole. The molecular dynamics of α-Fe and α-Fe are used to study the molecular dynamics of α-Fe and α-Fe. The first part of the story is about the nature of the story.

项目成果

Hydrogen-Vacancy Complexes in bcc-Fe: Diffusion, Clusterization, Dissociation, and Influence on Dislocation

bcc-Fe 中的氢空位复合物：扩散、团聚、解离以及对位错的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Matsumoto;C. Sano;S. Taketomi;and K. Ebihara
• 通讯作者: and K. Ebihara

BCC鉄き裂先端における転位 射出のシミュレーション解析

BCC铁裂纹尖端位错注入仿真分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 鈴土 知明;海老原 健一;都留 智仁;森 英喜
• 通讯作者: 森 英喜

長時間／大規模MDによる鉄中の転位―水素―空孔の相互作用解析

通过长期/大规模 MD 分析铁中的位错-氢-空位相互作用

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Matsumoto;C. Sano;S. Taketomi;and K. Ebihara;松本龍介;松本龍介
• 通讯作者: 松本龍介

BCC鉄におけるへき開面と転位の射出 －分子動力学シミュレーション

BCC 铁中的解理面和位错注入 - 分子动力学模拟

• 发表时间: 2021
• 作者: I. Lobzenko;T. Tsuru;青柳吉輝，小林亮太，都留智仁，弓削是貴，下川智嗣，久保百司，尾方成信;都留智仁，Ivan Lobzenko，弓削是貴，青柳吉輝，下川智嗣，久保百司 ，尾方成信;魏代修，都留智仁，岡本範彦，市坪哲，加藤秀実;鈴土知明，海老原健一 ，都留智仁
• 通讯作者: 鈴土知明，海老原健一 ，都留智仁

Cleavage and dislocation emissions in BCC iron; A Molecular dynamics study

BCC 铁中的解理和位错排放；

• 发表时间: 2020
• 作者: 鈴土知明;海老原健一;都留智仁
• 通讯作者: 都留智仁